初中生物学“遗传与变异”重要概念的教学分析

编者按：

概念是中小学理科各学科新课程内容的重要组成部分，学生概念的形成与理解将直接影响后续学习的效果。在新课程背景下如何开展概念的教与学，如何发挥概念在学生认知发展、观念建构方面的教学价值，如何通过概念学习培养学生分析问题和解决问题的能力，如何在概念学习中提升学生的科学素养，等等，已经成为中小学理科教师必须研究解决的基本理论问题和实践问题。

北京教育学院“科学教育重点学科建设”工作以“理科各学科知识结构与教学实践研究”为学科建设方向，重点研究了理科各学科的概念体系及其教学实践，本期《课程与教学》栏目选取他们的部分研究成果，供广大教师借鉴和学习。

遗传与变异是生物体的最本质特征，也是生物进化的基础。[1]因此，对于遗传与变异的学习，在理解生命现象、提高生物科学素养方面起到了基础性的作用。在小学阶段，学生通过辨认常见生物、培养植物、饲养动物、讨论克隆技术等活动，已经对生物多样性、生殖与发育等生物学问题有了直观的了解，进而对遗传与变异的概念也有了感性的认识。在此基础之上，初中生物学新课标主要以遗传信息的物质基础与传递表达方式为切入点，要求教师在教授遗传与变异相关知识时，促使学生建立如下三个重要概念：

第一，生物能以不同的方式将遗传信息传递给后代。一些进行无性生殖，后代的遗传信息来自同一亲本；一些进行有性生殖，后代的遗传信息可来自不同的亲本。

第二，DNA是主要的遗传物质。基因是包含遗传信息的DNA片段，它们位于细胞的染色体上。

第三，遗传性状是由基因控制的，基因的遗传信息是可以改变的。

笔者认为，这三个要求，涵盖了经典遗传与分子遗传的主要内容，有利于学生建构遗传与变异的概念体系，从而为高中以至更长远的学习活动打下坚实的基础。教师应该善于运用各种方法落实上述要求，促进重要概念的内化，提高教学的有效性。

同时，我们应该看到，课标对于遗传与变异重要概念的要求，大体上是按照“从高到低”的顺序排列的：首先谈到的是遗传信息的传递与表达方式，然后是遗传信息的物质基础，最后是遗传信息的基本定义。为了便于理解，我们将按照相反的顺序对课标要求进行逐一的解读，找出其内部联系，为更好地落实重要概念教学提出可行性的建议。

一、关于“基因”的定义

新课标中明确要求教师帮助学生建立“遗传性状是由基因控制的”“基因是包含遗传信息的DNA片段”等重要概念，这就要求教师明确“基因”的定义。但是，迄今为止，“基因”的准确定义尚存在争议。特别是随着分子生物学的发展，人们又发现了移动基因、断裂基因、假基因、重复基因、重叠基因及一系列的调控序列，使基因的定义更加复杂化。无论是课标还是教材，初中教学当中已经出现了“基因”一词，这对教学而言是一种挑战。很显然，对于没有接触染色体精细结构、尚未学习中心法则的初中学生而言，还不能准确地从物质基础这个层面了解基因的性质与功能，从而不能理解遗传与变异的特征与目的。

笔者建议，对于遗传信息的物质基础，在初中阶段应予以淡化。显然，上述关于基因的复杂的定义，属于生物学事实的范畴。初中阶段的重点应该是从概念层面解释“基因”的本质。其实，从分离与自由组合定律（孟德尔）到连锁与交换定律（摩尔根），人们已经明确了两个问题：其一，生物体内存在着控制各个性状的、按照一定规律进行相互作用的遗传因子；其二，这些遗传因子在体内呈有规律的线性排列。虽然一直到摩尔根创立遗传染色体学说时，人们仍然不能从分子水平上揭示基因的结构与功能，但是对于上述两个问题的认识，足以从逻辑层面给出“基因”的定义：存在于细胞特定位置上的、按照某种数学规律进行相互作用从而控制性状的“基本因子”。这个关于“基因”的定义，可以作为一般概念呈现给初中学生；进而通过基因与性状关系的例子，就能够总结出“遗传性状是由基因控制的”这一重要概念。对于初中生物学教学来说，这是最重要的。因为，这种概念化的、抽象的知识，能够锻炼学生透过现象探究事物本质的思维能力，有利于学生抽象思维的发展，从而有利于学生创新能力的提高。

我们不难发现，上述关于“基因”的定义，对于科学教育也是有重要意义的。很大程度上是因为它描述了所有科学门类的共同特征：基本因素的界定、分类和相互作用分析。如经典物理中的“质点”、化学中的“分子”、普通生物学中的“细胞”等等，都是各个学科中的“基本因素”。只有准确定义了“基本因素”，才能在此基础之上进行演绎、归纳，使本学科具有了数理传统。反之，若未准确定义“基本因素”，则难于进行逻辑层面的分析，整个学科偏向于博物学传统。两种传统不仅影响了各个学科的特质，还影响了学生对于不同学科学习与复习的策略。从初中到高中，“遗传与变异”内容有了“基因”的定义，使得本段教学内容更加凸显理科特征，这是教师在教学中要注意的。

二、关于遗传信息的传递与表达

从新课标的要求来看，遗传信息的传递与表达是“遗传与变异”教学的重点，从分子基础（遗传信息的调控与改变）到细胞行为（无性生殖和有性生殖）都作了要求，这就要求教师在备课时关注以下三个方面的问题。

1.遗传信息流动

遗传现象大体上可以分为细胞核遗传和细胞质遗传，且目前可认为前者是“主流”，而后者是“支流”。显然，“支流”不会是中学教学的重点。但是，应该在讲解基因的细胞定位和遗传信息的流动时，适当提及细胞质遗传的概念以及对生物体性状的影响，使学生能够全面地了解遗传信息流动的过程，知道除细胞核外，细胞质对性状也有一定的控制作用，从而在概念层面理解细胞质功能的复杂性。另一方面，“主流”和“支流”的共性，是遗传信息的传递和表达，在本质上，都体现了“生物能以不同的方式将遗传信息传递给后代”这一重要概念。教师可以先列举常见的遗传现象（即生物学事实），如“种瓜得瓜，种豆得豆”等，帮助学生建构重要概念，以便于学生顺利地迁移应用和学习。

2.人类性别基因

在初学遗传与变异时，初中学生往往不能准确把握基因与性状的关系，不能准确把握基因、DNA与染色体的位置关系，从而认识不到人类的性别决定机制。学生能够通过各种渠道了解人类X和Y染色体，进而简单地认为性别不同的根本原因是X和Y染色体的形态不同。对于这个问题，除要适当地介绍遗传信息的物质基础外，还应该为学生建立这样一个认识：人类的性别，其实就是一种特殊的“相对性状”。例如，在人教版教材中就提到“近年来，科学家发现Y染色体上还有3个基因，决定精子的产生和成熟。最近，科学家又陆续发现了X染色体上与女性性别有关的基因”。在此处，教师就应该提示学生：基因与性状的关系，同样可以用来解释人类的性别决定。只不过性别决定的过程是多个基因控制着多个性状，从而塑造了不同性别。如果课时允许，教师还可以就此介绍一些由于染色体变异而导致的性别异常的现象，让学生认识到，从某种意义上讲，性别并不是严格区分为“雌”“雄”两种形式，而是存在“过渡”状态的。这对学生从系统的角度认识生物的复杂性，进而认识生物本质是有很大帮助的。

“人类性别基因”一节是初中生物学教学的重点和难点。而从内容上看，本节内容是课标所述三个重要概念的应用，即从人类性别决定的角度阐明了遗传的本质。因此，教师必须在讲授本节课之前，就完成三个重要概念的建构，从而指导学生把握遗传本质，进行下位学习。

三、关于“变异”的概念教学

“变异”作为初中生物学教学的难点，有两个问题是要深入思考的。

1.可遗传变异和不可遗传变异

初中课标要求学生知道变异主要分为两类：可遗传的变异和不可遗传的变异。可遗传的变异是由遗传物质的变化引起的变异；不可遗传的变异是由环境引起的，遗传物质没有发生变化。显然，某一变异是否可遗传，关键是看遗传物质是否发生变化，而不是影响生物体的因素。由于学生初次学习基因与环境的关系，故需要用恰当的实例来帮助学生建构可遗传变异和不可遗传变异的概念。如同样是“无籽”农作物，“无籽西瓜”的“无籽”性状就是可遗传的，而“无籽番茄”的“无籽”性状是不可遗传的。通过这样的实例，学生就会认识到，一种变异是否可遗传，取决于遗传物质是否发生了改变，从而紧扣重要概念的教学。

2.可遗传变异的来源

可遗传变异的来源主要有3个：基因重组、基因突变和染色体变异。要认识可遗传变异的来源，必须对遗传信息的细胞定位及流动方式有比较清晰的认识，故对于初中学生而言，是一个难于理解的知识点，教师可用一系列实例加以说明。例如，农牧业中传统的育种技术，实质上就是基因（染色体）重组；无籽西瓜、八倍体小麦属于染色体变异（数目的变异）；而镰刀型贫血症（在各版初中生物学教材中均有介绍）则属于基因突变。通过一系列的实例介绍，学生能够形成这样一个概念：突变的来源是多方面的，基因与性状之间的关系是复杂的。这与前面关于“表遗传学”的概念不谋而合，说明基因本身及其转录、表达调控，共同影响了性状的产生。通过展示这些生物学事实，学生就更加清楚“DNA是主要的遗传物质”“基因是包含遗传信息的DNA片段，它们位于细胞的染色体上”以及“遗传性状是由基因控制的，基因的遗传信息是可以改变的”等重要概念，从而更加深入地理解遗传与变异对于生物进化的重要意义。

重要概念是基于学科事实的、对学生总体把握知识体系、进行后续学习的思维框架，对于学生理解学科本质、提高学科素养具有重要作用。[2]新课标明确指出：“生物科学素养是指参加社会生活、经济活动、生产实践和个人决策所需的生物科学概念和科学探究能力，包括理解科学、技术与社会的相互关系，理解科学的本质以及形成科学的态度和价值观。”可见，所谓生物学的“重要概念”，就是基于生物学科具体知识的、代表本学科基本观念与思想的知识。只有从重要概念的高度审视生物学科教学，才能清楚什么是对学生终身发展和终身学习有用的知识，才不会使自己的教学拘泥于一个个具体的生物学科事实中，才能摆脱死记硬背的学习方式，进而对生物学科本质问题进行思考，凸显生物学科的理科特质。

参考文献

[1]吴庆余.基础生命科学(第2版)[M].北京：高等教育出版社，2006.

[2]胡玉华.对生物学核心概念及其内涵的研究[J].生物学通报，2011（46）：33-36.

（作者单位：北京教育学院教师教育数理学院）

（责任编辑：林静）