高中生物遗传学必修模块中核心概念的检索

吴小峰

摘 要 以遗传学必修模块为例试图确定高中生物阶段的核心概念，通过梳理这些核心概念的名称，设计调查问卷，剖析具有典型代表性的高中生物遗传学必修模块核心概念的名称和内涵，并利用概念图的形式清晰呈现出各级概念名称之间的关系。

关键词 高中生物 遗传学 核心概念

中图分类号 G633.91 文献标志码 B

高中生物基本观念的形成有赖于学生对生物学科中心的、具有迁移价值的核心概念的深刻理解与把握，抓住了核心概念就等于抓住了高中生物的命脉，掌握了核心概念就等于掌握了高中生物学科知识的精华。高中生物遗传学必修模块的内容中，核心概念和原理十分突出、知识之间的逻辑关系较清晰，便于教师梳理教学思路和知识结构。

1 检索依据

1.1 美国科学课程标准

2011年，美国国家研究理事会（NRC）组织研发了《K-12年级科学教育框架：实践、跨学科概念和核心概念》，美国阿契夫公司于2013年发布了最终的美国《新一代科学教育标准》（简称NGSS），该标准的内容框架主要来源于《K-12年级科学教育框架：实践、跨学科概念和核心概念》。新《标准》重新定义了科学内容标准的维度：实践、共通概念和核心概念，其中明确提出科学教育应聚焦于少而精的“核心概念”上。以生命科学中的遗传学为例，美国科学教育课程标准中明确指出一级核心概念为遗传；二级核心概念为遗传的特性和变异的特性。就此新《标准》中列出了K-12各阶段下学生应掌握的“核心概念”及其细化内容，并规定了学段结束时学生应达到的目标。

以高中阶段为例，美国科学教育课程标准的遗传学中目标分为两个部分：

① 遗传的特性，到12年级结束时，所有生物体的遗传信息以染色体为载体。每条染色体含有一条很长的DNA分子，并且每个基因都是一段特定的DNA片段。形成物种性状的遗传信息存在于DNA上。生物的所有细胞都具有相同的遗传信息，但基因在细胞中的使用（表达）是通过多种方式调控的。不是所有的DNA分子都能编码蛋白质，一些DNA片段起着调控或结构功能，还有一些功能目前尚未探究出来。

② 变异的特性，到12年级结束时，亲代传给子代的信息是由染色体上的DNA编码的。进行有性生殖的生物，在减数分裂过程中染色体可以交换片段（细胞分裂），从而创造新的基因组合，产生更多的变异。虽然DNA复制是严格监管和非常准确的，但可能发生错误，会导致突变，这也是遗传变异的来源。环境因素可以引起基因突变，有效突变会被遗传下去，环境因素还会影响性状表达和性状在群体当中出现的可能性。因此，遗传因素和环境因素共同决定性状的分布和变异。由此发现，在美国现行的科学教育标准中，遗传学部分是科学体系中不可替代的一支，其价值和意义可见一斑。因此，教师对于遗传学核心概念的研究也变得非常重要。

1.2 我国高中生物课程标准

2003年我国《普通高中生物课程标准（实验稿）》颁布，目前新的一轮课程标准正值修订之际。高中生物课程标准注重使学生在现实生活的背景中学习生物学，倡导学生在解决实际问题的过程中深入理解生物学的核心概念。课程标准提出高中生物课程的具体目标应该分为三个方面：知识与技能、过程与方法以及情感态度和价值观。概念学习的要求层次多体现在知识与技能方面，其中会明确指出各个概念学习的要求层次。在概念学习的过程中，概念的建立过程和抽象概念的研究方法同属高中生物的主要内容，而这一部分的要求层次主要体现在学习目标中的过程与方法上，它的提出会随知识与技能方面的目标的出现而有所体现。笔者查看了课程标准中在遗传概念学习方面知识与技能的要求层次：“获得生物学基本事实、概念、原理、规律和模型等方面的基础知识……”；在学习遗传学知识时，要求“体验科学家探索生物生殖、遗传和进化奥秘的过程，学习有关概念、原理、规律和模型，应用有关知识分析和解决实践中的问题”。

我国高中生物课程标准中在知识与技能方面所提出的各个概念学习的要求层次具体有三个水平，各水平的要求以行为动词命名，每一个水平下又附加了文字说明，用来解释其含义，详情可见表1。

2 检索过程

目前得到较多认同的科学核心概念的选择标准是：① 具有高度的概括性，能对本学科的知识起到组织作用，能展现当代生物学的主要观点和结构；② 能够解释大量的现象，对于提升学生的科学素养具有重要价值；③ 掌握后有助于学生解决遇到的问题，能够让学生持续不断地深入学习，并为后续学习打下基础。基于这一标准，笔者做了以下两个方面的研究。

2.1 高中生物教材分析

首先依据人教版高中生物教材的内容安排，其中遗传学必修部分在必修二模块，主要包含6个章节的内容，整出出其各章主要内容，见表2。

由表2可以看出人教版高中生物教材中涉及到的遗传学概念有很多。笔者按照章节安排设计思路，通过梳理和提炼从教材中归纳出二级主题，其中一级主题包含的核心概念名称有孟德尔定律、有性生殖、基因的本质、基因的表达、可遗传的变异和生物育种；二级主题中的概念名称有性状、分离定律、自由组合定律、减数分裂、染色体、联会、四分体、受精作用、基因、伴性遗传、遗传物质、DNA的结构、碱基互补配对原则、DNA的复制、遗传信息、转录、翻译、中心法则、基因突变、基因重组、染色体变异、染色体组、单倍体（二倍体、多倍体）、人类遗传病、人类基因组计划、杂交育种、诱变育种、基因工程等28个。

2.2 高中一线教师调查

结合对教材的分析和梳理结果，从课程标准中的遗传学有关内容出发，严格按照人教版高中生物教科书定义二级主题中的概念名称整理形成教师调查问卷，旨在调查一线教师眼中二级主题中概念名称的核心程度如何，并依此确定高中生物遗传学必修模块中的核心概念。

2.2.1 调查对象

江阴市12所不同性质的高中学校（8所省级四星高中、4所省级三星高中）105名高中生物教师。

2.2.2 调查问卷

调查问卷设计采取Likert量表的编制方式，样表见表3。本调查问卷对二级概念的程度级别予以赋分，由高到低分别为5分、4分、3分、2分和1分。一线教师可根据自己的理解在相应的程度级别上画勾标记，然后统计各个概念的平均分和标准偏差，并计算差异系数，即标准偏差除以平均分，用来反映不同数据之间的差异程度，数值越小，表明数据间的差异越小，数据越集中。在本调查中通过平均值和差异系数知道各个概念在教师心目中的重要程度，进而确定核心概念。

本调查共发放问卷105份，回收102份，回收率97.1%，其中有效问卷为100份，有效率98.0%。回收的问卷数据通过SPSS处理来完成信度检测，其内在的一致性Cronbach's alpha系数为0.978，说明本量表具有很高的信度。

2.2.3 调查结果

调查并处理后的结果如表4所示。

检索结果表明：在28个被调查的二级概念中，总体差异较小，其中一级主题包含的核心概念名称“孟德尔定律”“有性生殖”“基因的本质”“基因的表达”和“可遗传的变异”这五个方面，它们的平均分不但很高，而且差异系数也很小，“生物育种”对应的二级主题中概念名称平均分排名靠后，表明这是绝大多数一线教师的看法，也说明笔者所选择的核心概念名称是基本合理的。

3 结果分析

3.1 理清核心概念的名称

经过上述检索过程，6个一级概念中有5个都处于教师教学实践中的重要地位，“生物育种”建立在“孟德尔定律”和“可遗传的变异”上的应用层次。综上分析，本研究确定将“孟德尔定律”“有性生殖”“基因的本质”“基因的表达”和“可遗传的变异”作为高中生物遗传学必修模块核心概念名称的检索结果。这些核心概念能构成高中遗传学必修模块的基本框架，能整合其他概念并对其它概念起到组织作用，能解释广阔范围内的事物和现象，能让学生在高中三个学段持续深入地学习，能提高学生解决问题的能力，为学生未来的学习奠定基础，满足前文所提出的选择核心概念的标准。

3.2 理清核心概念的内涵

根据检索中的二级概念名称的平均值、标准差和差异系数的分布，5个核心概念名称中体现的内涵如下：

（1） 孟德尔定律。本核心概念名称要回答的基本问题：分离定律的本质是什么？自由组合定律的本质是什么？分离定律与自由组合定律存在什么样的关系？对生产实践的应用有何指导作用？

（2） 有性生殖。本核心概念名称要回答的基本问题：什么是减数分裂？减数分裂的过程和特点如何？什么是受精作用？受精作用的实质是什么？减数分裂和受精作用的意义何在？

（3） 基因的本质。本核心概念名称要回答的基本问题：什么是基因？基因与染色体存在什么关系？DNA分子结构如何？DNA分子如何复制？如何理解DNA是主要的遗传物质？

（4） 基因的表达。本核心概念名称要回答的基本问题：什么是基因的表达？基因的表达过程如何？基因、蛋白质和性状的关系是什么？什么是中心法则？

（5） 可遗传的变异。本核心概念名称要回答的基本问题：什么是可遗传的变异？可遗传的变异有哪些来源？可遗传的变异在生产实践有哪些应用？

3.3 勾勒各级概念的关系

概念图是一种知识之间的关系的网络图形化表征，也是思维可视化的表征。笔者选择用概念图的形式勾勒出上位概念名称与下位概念名称之间的关系，两者之间的行为动词界定参照高中生物课程标准的相关描述（图1）。