高中生物学重要概念教学设计例谈——以“表观遗传”教学设计为例

黄秀芝

（松溪第一中学，福建 松溪 353500）

生物学重要概念是对生命现象和规律的理解和解释，处于生物学中心位置。［1］重要概念是依附、服务并支撑生物学大概念的下位概念，具有学科逻辑性。重要概念教学是高中生物学教学的核心内容。［2］生物学重要概念教学时，教师可以通过呈现生物学事实、揭示概念所蕴含的生物学本质，帮助学生构建、理解及应用重要概念，形成生命观念。近年来“表观遗传”已成为遗传学研究热点，列入2019 年版人教版、浙科版等高中生物学教科书，可见其教学的重要性。

一、聚焦生物大概念设计教学目标

根据《普通高中生物学课程标准（2017 年版）》提出的“核心素养为宗旨”“内容聚焦大概念”等课程基本理念，以及对“表观遗传”教学要求，设计“表观遗传”一节教学目标：①观察、阅读有关表观遗传现象及其资料，能运用结构与功能观、进化与适应观等生命观念，多角度认识生物界的表观遗传现象。②探讨表观遗传机制，建构表观遗传概念模型，探究并建立遗传信息、基因表达及性状三者之间的相互关系。③阅读、讨论有关环境、行为等因素对表观遗传的影响，以及表观遗传在生物体生长发育、繁衍等方面作用的资料，认同表观遗传研究价值，养成健康的生活方式。促进学生进一步理解重要概念“亲代传递给子代的遗传信息主要编码在DNA 分子上”，为建立大概念“遗传信息控制生物性状，并代代相传”奠定基础。［3］

二、围绕重要概念设计教学过程

（一）创设情境，厘清机制，建立重要概念

以视频、图文等形式，呈现生活中典型、有代表性的表观遗传现象作为问题情境，引导学生辨析遗传现象及其遗传方式。例如，指导学生观看蜜蜂饲养视频，了解蜂群中的雌蜂，若持续喂养蜂王浆则发育成蜂王，若喂养蜂蜜则发育为工蜂，二者幼虫时期喂养方式不同，而生长发育、身体形态功能等方面明显差异。播放人类同卵双胞胎不同的表型性状的视频，让学生了解同卵双胞胎在糖尿病、精神分裂症等疾病方面存在不同的遗传效应。创设问题情境：为何具有相同DNA 序列的个体存在表型的差异？生物性状改变的原因是什么？组织学生从基因与生物性状的角度进行分组讨论。针对学生无法运用经典遗传作出解答的困惑，教师提供学习资料，指导学生学习有关表观遗传的分子水平调节机制，如组蛋白修饰、DNA 甲基化参与调控基因转录等，［4］并结合有关情境资料，如一个遗传物质完全一致的小鼠品系，其皮肤却具有不同颜色，指导学生比较分析表观遗传与经典遗传定律的不同，帮助学生初步建立表观遗传概念。

利用表观遗传和经典遗传的相异，以表观遗传现象的实例创设问题情境，激发学生的认知冲突与探究学习的欲望，学习表观遗传的机制，帮助学生转变“基因遗传”等前概念，初步建立对表观遗传的认识。

（二）探讨问题，绘制概念图，建构概念体系

创设问题情境，引导学生探讨、剖析问题并绘制概念图，明晰概念“某些基因中碱基序列不变但表型改变的表观遗传现象”的内涵，进一步理解“亲代传递给子代的遗传信息主要编码在DNA 分子上”，建立概念体系。指导学生回顾已学习过的豌豆种子的圆粒与皱粒、白化病、囊性纤维化等典型遗传实例，结合表观遗传现象及其分子机理，组织学生围绕“基因如何控制生物体的性状？细胞分化与基因表达有什么关系？表观遗传信息是如何调控基因表达的？怎样理解基因与性状关系的复杂性？”等问题开展讨论，比较分析基因与性状的关系，初步形成“基因→酶→代谢→性状”和“基因→蛋白质结构→性状”的基因表达方式。在此基础上，围绕“遗传信息+环境→性状”这一主线，分小组合作绘制基因表达与性状的关系概念图（如图1），直观呈现基因与基因、基因与环境、基因与性状之间的逻辑关系，体现基因、环境和性状三个遗传学概念之间的关系，构建“遗传信息控制生物性状”概念体系。

图1 “基因表达与性状的关系”概念图

在明确表观遗传机制的基础上，围绕“遗传信息+环境→性状”主线，通过绘制“基因表达与性状的关系”概念图，串联相关遗传学概念，建构概念体系，使得学生明确表观遗传主要调控基因的表达，但不改变基因序列，帮助学生以新的视角理解表观遗传与经典遗传的关系。

（三）剖析案例，迁移重要概念，分析解决问题

指导学生阅读以下资料：“荷兰饥饿冬季”，即1944 年－1945 年冬天，荷兰发生严重的饥荒，导致孕妇生下的孩子一生都受饥荒影响，其罹患肥胖症，糖尿病和精神分裂症等概率较常人高，营养不良对怀孕女性健康的影响不仅波及其子女甚至孙辈。又如20世纪90 年代，瑞典科学家拜格林对瑞典北部诺伯顿地区的居民寿命进行了调查和研究，结果表明祖辈或父辈的生活经历印记可以遗传给子孙。以及有关表观遗传与人类疾病研究治疗、作物遗传改良等资料。指导学生分组讨论：如何判断表观遗传现象？生活习惯的改变对后代性状产生什么影响？若环境、行为等因素可以通过表观遗传影响后代，则在生殖、疾病等领域有何应用？等等。通过阅读、讨论、分析等学习活动，让学生在比较分析中迁移运用表观遗传概念，学会判断有关表观遗传现象，解决现实生活中的实际问题，体会表观遗传研究价值。

（四）开展研究性学习活动，拓展重要概念，形成生命观念

围绕表观遗传概念，开展研究性学习等活动，拓展学生对表观遗传的认识，为学生理解生命的整体性和复杂性提供理论基础，促进学生形成生命观念。

组织学生课外分组查阅有关表观遗传研究综述类文献，开展“探究表观遗传的调控机制”“展望表观遗传的应用前景”等研究性学习活动，了解表观遗传多种分子水平调控机制，关注表观遗传在生物体的生长分化、生殖繁衍等方面研究进展，以及在农业、医疗等方面的应用。查阅、收集有关表观遗传与生活习惯方面文献资料，了解表观遗传与人类生活习惯、饮食、癌症等关系，以及可能对人类后代性状的影响。此外，还可以开展以“基因决定生物体的性状”“中心法则的发展”“基因序列不变，表现型改变”等为辩题的辩论赛，论证表观遗传与经典遗传、基因与表型等关系。通过研究性学习及辩论赛等活动，让学生进一步了解表观遗传的研究进展及其应用，明确表观遗传揭示生命现象的机制，拓展完善对中心法则、基因等概念的认识，促进学生形成结构与功能观、进化与适应观等生命观念。［5］

（五）表观遗传教学反思

本节课通过创设情境、问题探讨、建构概念图、开展课后研究性学习活动等教学方式，引导学生在经典遗传学基础上建立、理解表观遗传概念及其概念体系，帮助学生拓展对基因、中心法则等遗传学概念的认识，切实培养学生的结构与功能观、进化与适应观等生命观念。因有关表观遗传的研究尚在进行中，诸多观点尚未定论或有争议，这给教学造成一定困难，且表观遗传的分子水平调控机制较为复杂，学生不易理解，成为学习难点，值得深入探讨相关教学策略。