基于“项目化学习”的高中生物学难点突破——以“同源染色体概念和行为变化规律”为例

浙江 叶建芳

项目化学习(Project-Based Learning，PBL)是基于真实问题探究的一种学习方式。它通常由真实情境引出一个驱动性问题，把教学重难点转化为项目学习的主题，强调源于真实生活、参与合作、注重成果输出等特征。在高中生物学必修2“减数分裂”内容的学习中引入同源染色体的概念，对其概念的理解和行为变化规律的学习是高中生物遗传学中的一个重点，有着“承前”(有丝分裂相关内容)“启后”(等位基因相关内容)的作用。建立一个项目化学习课例，从实际情境出发，自主探究，利用模型道具突破同源染色体这个重难点知识，不仅可以提高课堂效率，还可以培养学生的创新思维能力，是对学科核心素养的有效落实。基于此，笔者尝试开展了“同源染色体”的项目化学习。

一、项目任务构建

以同源染色体为该学习项目的主要任务，结合旧知(染色体分子组成、有丝分裂等相关内容)引入新知(构建模型，最终得出染色体组型图)；在对染色体组型的分析中得出同源染色体的概念(结合模型展示)；接着在探究中过渡到其在减数分裂过程中的行为变化特征的学习(结合模型展示)。最终实现对同源染色体概念的构建，形成系统的知识网络。

二、实践成果

经过前期的资料收集、模型材料准备、课件/学案制作等工作后，笔者成功开设了一节同源染色体项目化教学课例，获得了良好的教学效果。具体教学设计如下。

1.学习内容与目标分析

1.1 本节内容概念的上下位关系分析(图1)

1.2 学习目标分析

(1)以同源染色体为主线，组织内容以实现对其概念的构建。

(2)适度结合高中生物学其他相关知识点，形成系统的知识网络。

2.教学流程

依照“情境—问题—任务—活动—评价”的思路，设计教学流程(图2)。

3.教学过程

3.1 情境导入(模型制作，整理染色体)

教师：假设我们提取了一个动物细胞中的所有染色体，请同学们寻找规律，对它们进行整理。

教师给出模型(图3)，学生分组合作寻找规律，整理摆放。学生在尝试中不断修正，得到一幅有规律的染色体分布图(图4)。

图3 散乱的染色体模型

图4 整理后的染色体模型

设计意图：通过自己动手操作，学生对染色体组型图的制作过程、染色体分类排列依据有了初步认识。从而为下一步提出染色体组型的概念做铺垫。

3.2 任务一 (染色体组型的理解和分析)

教师：请说说你的分类依据。

学生结合之前的活动，提出自己的观点：这些染色体有大小、形态、着丝粒位置区别等。

教师[展示染色体组型(图5)]：同学们请看，根据染色体的大小、形态和着丝粒位置等特征对染色体进行配对、分组、排队，得到的这幅图，我们将之称为染色体组型图。请对比自己整理的图进行对比观察。

图5 染色体组型

学生在观察、比较过程中教师可以适时引导，发现在染色体组型图中，放在一起的每两条染色体的形态、大小相同。

设计意图：学生在自己制作的染色体组型图和教师给出的染色体组型图的比较中深入了解了染色体形态、大小、着丝粒位置等特征，并且得到同源染色体的初步印象，为下一环节做好铺垫。

3.3 任务二 (模型制作，探究同源染色体的概念)

教师：同学们敏锐地观察到，每两条染色体的形态、大小是相同的。这样的两条染色体称为同源染色体。

表1 活动：探究同源染色体的概念

续表

图6 一对同源染色体示例

图7 故意出错教学示例

设计意图：学生在模型展示和比较探究中自发总结出同源染色体概念的要点为一对形态、大小一般相同，颜色不同，其中颜色不同代表这两条染色体的来源不同。并且联系旧知，发现同源染色体广泛存在于身体各处细胞中，从而对同源染色体的概念和分布有了深刻的认知。同时埋下了伏笔：什么样的细胞中不存在同源染色体。从而过渡到下一环节。

3.4 任务三 (模型制作，探究减数分裂过程中的同源染色体关键行为)

教师：那么到底哪些细胞中是不存在同源染色体的呢？这里请大家思考以下问题(给出问题串)。

学生分组讨论。

①受精卵是如何产生的？

答：由亲代的精子和卵细胞融合得到的。

②如果精子和卵细胞是由性母细胞经有丝分裂产生的，受精卵中染色体数目会有怎样的变化？这种变化可能吗？

答：每一代子细胞中的染色体数目会是其亲代细胞中的染色体数目的2倍。不可能。

③精子和卵细胞应该如何产生？

答：应该由性母细胞发生染色体数目减半的过程来产生精子或卵细胞。(引出了减数分裂)。

④在这个分裂过程中，同源染色体有怎样的行为？请用模型展示性母细胞和精细胞/卵细胞中的染色体情况。

学生两两合作，进行模型制作的探究活动(图8～图10)。他们对生殖细胞中的染色体种类、数目有不同的理解(错误理解示例见图9)，通过自评和互评，最后得出结论。

答：性母细胞中染色体是成对存在的，有同源染色体。精细胞/卵细胞中不存在同源染色体，每个生殖细胞中只有同源染色体中的一条(正确理解示例见图10)。

图8 性母细胞中的染色体组成

图9 生殖细胞中的染色体组成(错误示例)

图10 生殖细胞中的染色体组成(正确示例)

设计意图: 由问题串一步一步引导，最终得出减数分裂过程中同源染色体的关键变化行为。在问题④的讨论中，学生极容易出错，需要进行多次探讨、互相评价，最后得到正确答案。通过自我探究活动得出结论，学生的主动性增强、对得出的结果及结论理解得更加深刻、清晰。

3.5 评价总结

教师总结本节要点，学生结合评价量表进行自评和互评(表2)。

表2 “同源染色体”项目化学习评价量表

设计意图：本课例对同源染色体的概念和其在减数分裂过程中的关键行为进行了探究，项目化学习强调过程和结果的呈现，因此在最后的课堂总结从过程和结果两个方面进行评价。学生自评和生生互评体现了学生是课堂主体的新课程理念，在评价中侧重过程性评价，也是在着力培养学生的科学思维和科学探究的学科核心素养。

三、反思与提升

本课例来自于高中生物学必修2“减数分裂”相关内容。在本课程进行中笔者的设计打破了课本原有的编排，不直接给出同源染色体的概念，不直接进行减数分裂过程中染色体行为变化的讲解，而是由学生从模型展示、自我探究中摸索出概念和变化规律。本课例抓住教学重点，以“同源染色体”为项目主题，开展了项目化学习。本节课的学习落脚点是同源染色体的概念和行为变化，从模型情境进入，问题驱动，查找、整合各种信息，得到一系列问题的答案，最后以图像和评价量表的形式展现成果。评价量表显示了本项目学习的内容、活动进行的有效性、成果质量等，此种形式得到了项目参与人一致的认同，获得了不错的项目效果。

本研究是笔者基于项目化学习进行的一次重难点突破尝试。但严格来说，该活动与真正意义上的项目化学习存在差异。项目化学习除了具有强调基于真实问题、提出项目主题、设计探究、小组合作、进行成果展示等特点，还强调了持续性，即项目化学习应该是一个相对长期的探究过程。本课例由于课时限制，并没有做到这一点。在后续的教学中，笔者将尝试以一个单元(减数分裂中的染色体行为)为项目主题，进行单元整体教学。本课例将作为该项目学习的一个重要部分，在对同源染色体概念和关键变化充分理解的基础上进行减数分裂的学习和探究，本单元整体教学项目的成果值得期待。