指向核心素养的教学设计——以“染色体畸变”为例

赵正瑜 （浙江省绍兴市第一中学 浙江绍兴 312000）

1 教材分析

“染色体畸变”选自浙科版生物学《必修2·遗传与进化》模块第四章第一节，内容包括染色体结构变异和染色体数目变异。本节内容既是细胞分裂、染色体结构等知识的延续，也是生物育种、人类染色体遗传病等知识的学习基础。染色体结构变异较为抽象，学生对其发生的原因、过程往往有疑惑，需要教师将变异过程直观化。染色体数目变异中涉及诸多概念，考虑到染色体组作为上位概念，是建立二倍体、多倍体等概念的基石，因此在教学中突破染色体组概念是重中之重。而单倍体、二倍体和多倍体的概念既相互联系，又存在差异，极易混淆，需要教师帮助学生合理辨析。

本节课的教学既涉及概念辨析、图表识别等技能，又有小组合作、模型建构等活动，蕴含着丰富的核心素养教学素材，是培育学生核心素养的良好载体。

2 学情分析

本节授课对象是绍兴市第一中学高一年级的学生。① 在知识准备上，通过先前对减数分裂、果蝇体细胞的染色体组成等知识的学习，学生有能力判断果蝇精子细胞中的染色体组成；但由于某些前概念的存在，部分学生会误将同源染色体划分为一个染色体组，需要教师采用合适的方式促使学生正确认识染色体组的来源和组成。② 在认知准备上，染色体畸变是一种微观变化，高一的学生处于形式运算阶段，对于掌握遗传学上的抽象概念仍有一定困难，教师可以采用直观教具演示的方式予以突破。③ 在心理准备上，这些学生思维敏捷、逻辑清晰、喜欢接受挑战，教师可采用任务驱动、设置问题串的方式调动学生的学习积极性，提高学习兴趣。

综上所述，学生在知识、认知、心理方面已经做好了学习本节内容，并接受核心素养培育的准备。

3 教学目标

（1）说明染色体变异会导致生物性状的改变；概述染色体组的概念；区别单倍体、二倍体、多倍体的概念。

（2）运用建模的方式猜想染色体结构变异的类型。

（3）关注人类遗传病，拒绝歧视和嘲笑遗传病患者。

4 教学重点、难点

教学重点：染色体组的概念。

教学难点：①染色体结构变异发生的原因、过程；②单倍体、二倍体、多倍体概念的区别。

5 教学过程

5.1 创设情境，引入新课

教师播放视频《咖啡馆里的“天使”——唐氏宝宝》，并请学生谈谈观后感。教师顺势引导：作为高中生，除了可以做到不歧视、不嘲笑遗传病患者外，还可以从遗传学的角度探讨发病的根本原因，为预防这类遗传病献计献策。然后，教师通过课件展示正常女性、唐氏女性患者、猫叫综合征女性患者的染色体组型图，让学生寻找病因。

设计意图：染色体畸变与社会热点、医疗保健联系密切，教师在导入的设计上可以从日常生活出发创设情境，引导学生关注人类遗传病，学会接纳并关爱遗传病患者。教师由此将原本隐藏在知识背后的核心素养外显化，启发学生于现实情境中去思考和表达。

5.2 模型初现，辩析疑点

5.2.1 染色体结构变异的原因和类型

教师出示染色体结构变异的定义，明确染色体、断裂、错误连接等关键词，并布置任务1：以小组为单位，利用磁力棒模拟染色体臂，钢珠模拟着丝粒，先拼接两对同源染色体，然后以建模的方式猜想染色体结构变异的可能类型，并派代表展示模型。学生将制作完成的染色体吸在铁制材料盒的盒盖内面，并利用工业磁铁将盒盖吸在黑板上。教师要求学生归纳染色体结构变异的类型和结果（图1）。

图1 学生制作的模型（从左到右分别是：缺失、重复、倒位、易位）

在小组活动中，针对学生可能的行为，建议教师采取以表1所示的措施。

表1 任务1中学生可能的行为与教师的指导措施

设计意图：新课改背景下的概念教学要求学生既要理解概念的内涵和外延，又要掌握概念的产生和发展，因此采用建模的方式能帮助学生理解染色体结构变异发生的原因、过程，有效达成教学目标。由于学生易混淆染色体结构变异的各种类型，模型制作活动有利于学生更好地辩析各种概念与疑点。此外，小组合作和交流展示环节也提升了学生的问题解决能力和辩证思维能力，锻炼了学生的语言表达能力和团队协作能力，在教学中渗透了理性思维和科学探究这些核心素养。

5.2.2 染色体结构变异的实例

教师展示果蝇体细胞的染色体模型（图2A），利用模型直观说明X染色体部分片段重复导致果蝇的眼型由圆眼变成棒眼（图2B）。

图2 果蝇的染色体组成模型

设计意图：果蝇是良好的遗传学材料，除了可以利用它研究染色体结构变异外，还可以利用它研究染色体数目变异。建立这种模型可以为后续学习染色体组的概念做好铺垫。

5.3 模型再现，突出重点

教师继续以果蝇体细胞染色体模型为例，布置任务2：以小组为单位，摆出雄果蝇精子的染色体组成。针对学生可能的行为，建议教师采取表2中的措施。

教师选择一个小组将结果展示在黑板上，提问：大家摆的模型和这组同学摆的模型一样吗？染色体的模型摆放要遵循什么原则？学生通过观察比较，分析原因得出结论，进而表达自己的观点——精子中的染色体是一组非同源染色体，由此概括出染色体组的第一个特点。

表2 任务2中学生可能的行为和教师的指导措施

教师直接出示染色体组的第二个特点，即一个染色体组包含该生物生长、发育、遗传和变异所需的全套遗传信息，引发学生质疑：只有一个染色体组，却有全套基因，自然界中是否有这样的生物存在？教师借助学生产生心理困惑的契机，激发其强烈的好奇心和求知欲。

教师展示一些生物的染色体数和染色体组数表（表3），请学生寻找问题的答案，通过分析、比较的手段，最终以雄蜂为例，印证染色体组的第二个特点。

表3 一些生物的染色体数与染色体组数

设计意图：促使学生利用科学思维展开研究，运用原有的认知、经验和体会进行知识的正向迁移，提高在新背景下的问题解决能力。将学习活动与教学目标对接，顺利突破难点，并在教学中渗透理性思维这一核心素养。

教师请学生根据所学内容，概括染色体组的概念，过渡：以讲故事的方式介绍蜂王、工蜂、雄蜂的发育过程，指出雄蜂是一种单倍体生物，顺利进入单倍体、二倍体、多倍体的学习。

5.4 模型三现，突破难点

教师展示单倍体、二倍体、多倍体的概念，学生阅读概念，并据表3展开讨论：

①表中的单倍体、二倍体、多倍体生物有哪些？

②表中豌豆、烟草、小麦的单倍体含有几个染色体组？

③单倍体是否都只有一个染色体组？④同一种生物的染色体数目能发生怎样的变化？

设计意图：教师以表格为材料，通过层层递进的问题设计，充分挖掘表格中蕴藏的信息，帮助学生逐步理解单倍体、二倍体、多倍体、整倍体变异和非整倍体变异的概念。

教师展示含三个染色体组的模型（图3），布置任务3，以小组为单位讨论：

①模型中有几个染色体组？

②模型中的一个染色体组是怎样的？请你摆出来。

③如果模型代表某种生物的体细胞，那么该生物是几倍体？

④单倍体、二倍体和多倍体的判断方法是什么？

针对学生可能的行为，建议教师采取表4所示的措施。

图3 三个染色体组的模型

表4 任务3中学生可能的行为和教师的指导措施

设计意图：任务3中不同梯度的问题设计指向不同学生核心素养的基础差异。有些学生对于生物概念中渗透生命观念比较容易理解，而动手能力方面存在断层；有些学生模型建构能力比较强，但是团队合作意识不足……在课堂上教师要创造条件，让每个学生都能在原有核心素养基础上有所成长，并且有机会能相互分享，促进各自核心素养的发展。

生物学核心素养是公民的基本素养之一，在高中生物教学中教师有必要培育学生的生物学核心素养。本节课的课堂活动以一定的目标为导向，不论情境导入、重点强化、难点突破环节，始终在教学目标的指引下，发挥学生的主体性，贯穿核心素养的渗透。