基于核心素养的“染色体数目的变异”体验式教学设计

摘要：基于生物学学科核心素养，以“染色体数目的变异”为例进行教学设计，沿着情境线—问题线—体验线—知识线—应用线—素养线，从创设情境、问题探究、分享交流、知识总结、应用反馈五个环节展开体验式教学，让学生亲身体验探索未知事物的思维方式，实现“做中学”，从而深化学生对核心概念的理解，实现教育的育人价值。

关键词：体验式教学；染色体数目变异；生物学；教学设计

文章编号：1003-7586（2024）04-0041-03 中图分类号：G633.91 文献标识码：B

《普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）》提出的核心素养主要包括生命观念、科学思维、科学探究、社会责任四个方面，强调探究性学习，注重学生学习方式的不断改进，从而展现生物学课程的学习对学生发展的育人价值。

体验式教学是强调以学生为主体，根据学生的认知特点和规律，设计合理的活动情境和体验形式，让学生在体验、交流、分享中主动构建知识体系，发展能力和生成情感的一种教学模式。本文以“染色体数目的变异”为例，解读五环节体验式教学模式的实施流程。

1 教材分析和学情分析

“染色体数目的变异”是人教版普通高中教科书《生物学·必修2·遗传与进化》第5章第2节的内容，在教材中起到承上启下的作用，既是基因突变有关知识的延伸，又是后续学习人类遗传病的基础。

“染色体数目的变异”一节的内容与人类健康、生产生活息息相关，课堂教学中可引入相应生活情境，激发学生的学习兴趣。但也存在学生难以理解的染色体组等相关抽象概念的问题，对此笔者主要采用模型模拟、实验探究的体验方式开展教学，助力学生理解相关的抽象概念。该阶段学生已具备一定的模型构建和推理能力，已掌握基本的生物实验操作技术，为本节课采用体验式教学模式开展教学提供了保障。

2 教学目标

（1）小组合作构建染色体数目的变异模型，对比分析单倍体、二倍体和多倍体的染色体组成，辨析染色体组数，形成结构与功能相适应的观点，培养生命观念。

（2）通过问题驱动，学生自主构建模型，加之对模型的分析及总结，提升科学思维。

（3）设置实验探究低温诱导染色体数目的变化，通过提出问题、作出假设、设计方案、解决问题提升科学探究能力。

（4）通过学习单倍体和多倍体在农业生产中的应用，体会科学技术对推动社会进步的巨大作用，落实社会责任。

3 “染色体数目的变异”体验式教学过程

图1为“染色体数目的变异”整体教学设计思路，接下来具体介绍五步体验教学法的过程。

3.1 创设情境开启体验

教师活动，教师以果蝇染色体组成为例（见图2）引导学生回顾减数分裂产生配子的过程，为探究染色体数目变异提供理论基础。

学生活动，结合课下完善好的减数分裂模型图，熟悉二倍体生物减数分裂过程的同时，积极思考老师提出的问题。

教师活动，教师播放电影《篮球冠军》中的片段，介绍Gloria和Fran两位先天愚型患者；播放天才指挥家胡一舟的视频，从而引出染色体数目变异，并呈现出先天愚型患者与正常人类染色体组成的差异。教师引出问题：二倍体生物的减数分裂有时会出现错误，产生异常的配子，异常配子参与受精后则可导致染色体数目异常的患者。先天愚型患者比我们正常人多一条21号染色体，是如何形成的呢？一种生物的染色体数目可以发生怎样的变化？

学生活动，学生针对课堂呈现的视频、图片，沿着教师的提问，产生了进一步了解染色体数目异常的探究欲望。

3.2 问题探究亲身体验

教师活动，教师呈现人类正常染色体组成图片，进而给出染色体数目异常的三则案例：①缺少一条X染色体的Tumer综合征患者；②增加一条18号染色体的18三体综合征患者；③比野生祖先种增加11条非同源染色体的香蕉。教师提出问题：图2中果蝇减数分裂产生的配子中的染色体组成如何？三则案例中的个体，是什么样的雌雄配子受精产生的？

学生活动，互相讨论得出可能的答案。

教师活动，教师借助图2模型图讲解染色体组的概念。考虑到果蝇染色体数目较少，引导学生以果蝇染色体组成为例，绘制物理模型模拟果蝇减数第一次分裂异常产生的配子情况。

学生活动，分析总结三则案例的情况，通过小组讨论和教师引导，开展模型构建活动。学生展示果蝇第一次减数分裂异常，会产生（n+1）和（n-1）的配子。

教师提出问题：将果蝇第一次减数分裂异常产生的（n+1）和（n-1）的配子与正常的雌或雄配子结合受精，产生的后代如何？两个异常配子的结合，产生的后代又如何？

学生活动，学生间讨论，将异常配子（n+1）与正常配子n结合，产生的后代染色体数目为（2n+1），比正常体细胞多一条染色体；将（n-1）配子与正常配子n结合，产生的后代染色体为（2n-1），比正常体细胞少一条染色体，从而解决了上述三则案例中的其中两个。

教师提出问题：如果一个雌配子与两个雄配子同时受精，产生的后代染色体组成如何？

学生活动：绘制简易模型，模拟产生的后代染色体组成情况。从而得出比野生祖先种增加11条非同源染色体香蕉的可能由来。

教师提出问题：果蝇第一次减数分裂正常，第二次减数分裂中其中一个细胞分裂异常，产生的配子如何？由学生课下绘制模型解决该问题。

3.3 分享交流分享体验

教师活动，教师引导每组学生派代表分享模型制作的成果，点评每组学生制作的模型情况。

学生活动，展示本组模型制作图或实物，并解释模型所代表的含义。下图为在每组学生展示成果之后，全班学生综合绘制的染色体数目变异模型图（见图3）。

3.4 知识总结内化体验

教师活动，教师选取具有代表性的学生的模型进行知识内容总结，重述染色体组的概念，讲授单倍体、二倍体、多倍体相关概念。引导学生结合模型对比分析，总结出染色体数目异常分为整倍性改变和非整倍性改变两种类型。

学生活动，结合教师讲解，学生进一步查找自己模型中存在的问题，以便课下进行完善补充。

3.5 应用反馈升华体验

3.5.1 知识应用反馈

例1分析下列图形中各细胞的染色体组成情况，并完成下列问题：

（1）通常情况下，一定为单倍体细胞染色体组成的是图D。

（2）若由A细胞组成的生物是单倍体，则A细胞含有4个染色体组，则其正常物种体细胞为八倍体，含有8个染色体组。

（3）由C细胞组成的生物体可育吗？不可育；如何处理能产生有性生殖的后代？染色体加倍。

（4）一般情况下，染色体组中的染色体的丢失会导致配子无法完成受精，而染色体的增加则往往能完成受精。由B细胞组成的生物在减数第一次分裂的后期，第2对同源染色体未分开，则这一卵母细胞产生的卵子含有2条或4条染色体。若卵子与正常精子完成受精，后代的体细胞含有7条染色体。

3.5.2 实际应用反馈

教师引导学生根据本节课所学的染色体变异相关内容，尝试在课堂上解释临床上对胎儿进行产前先天愚型筛查的技术原理。课后，教师引导学生进一步收集与染色体变异相关的实际案例，谈一谈其中涉及到的染色体变异相关内容及自己的看法。其次，引导学生设计相关实验，论证某一因素（如低温）对染色体数目的影响。

4 教学感悟

体验式教学的重点在“体验”上，体验的主要形式有角色扮演、模型制作、实验探究等。一些尝试体验式教学的高中教师的初步研究表明，在核心概念的指引下，设置不同的教学情境，学生通过独立自主、合作探究、动手操作等不同的学习方式参与课堂教学，不仅能加深对概念的理解，也有助于学生核心素养的提升。

尽管体验式教学模式在高中教学中的应用取得了一定成效，但没有一种教学模式是万能的。笔者经过体验式教学实践，归纳得出以下几点注意事项：第一，体验式教学模式实施起来较传统讲授法对教师的要求较高，学生在体验的过程中不受教材知识限制，如染色体数目异常中，学生会构建出多种的模型，有的可能违反科学事实，有的是教材知识的延伸，这就要求教师要有丰富的知识，以应对学生体验中出现的各类问题。第二，学生的知识背景、能力水平不同，所构建的模型、设计的实验方案等参差不齐，教师应对学生体验成果给予客观的评价，不要打消学生的积极性，要引导学生如何去修改完善。第三，教学学时有限，教师要严格把控五个体验教学环节的时间分配，也可把部分环节内容安排在课前或课后。最后，教学情境的设置要具有引发学生认知冲突、调动学生兴趣的作用，更好地激发学生的探索欲望。

体验式教学模式在我国的生物学课堂教学中的优势已显现出来，如何将该教学模式更好地推广和应用，或者进一步完善该教学模式，使之更适合我国国情，还有待广大教育工作者的齐心努力。

基金项目：（1）河北省教育科学“十四五”规划课题“核心素养理念下生物课堂中生命观念的体验式教学实践研究”（2307028）；（2）河北省高等教育教学改革研究与实践项目（2022GJJG211）。