创设结构化情境促进学生学习遗传规律

梁姝颋 （清华大学附属中学 北京 100084）

在2016年我国颁布的《中国学生发展核心素养》的引领下，《普通高中生物学课程标准（2017年版）》凝练出生命观念、科学思维、科学探究和社会责任4 个学科核心素养［1］。素养是“个体在与各种真实情境持续的社会性互动中，不断解决问题和创生意义的过程中形成的”［2］。因此，教师应为学生创设适当的情境，帮助学生作为主体利用教学材料开展学习，同时发展学科核心素养。

“遗传规律的应用”一节内容处于人教版教材［3］必修2 第1 章第2 节，学生通过孟德尔的豌豆杂交实验，完整体会了假说-演绎法的思路，了解了孟德尔两大遗传定律，但尚不能达到课程标准“阐明有性生殖中基因的分离和自由组合使得子代的基因型和表型有多种可能，并可由此预测子代的遗传性状”的要求［1］。因此，教师在本节课中创设了3 个结构化、阶梯式的情境（图1），通过创设遗传分析和育种的任务，激发学生运用遗传规律解决实际问题的兴趣，提升学生解释现实生产生活中的生物学问题的担当和能力；通过对真实科学研究问题的分析，引导学生应用假说-演绎法，促进学生发展演绎与推理能力，同时加深对孟德尔遗传规律实质的认识。

图1 促进学生学习遗传规律的结构化情境

1 结构化情境1：遗传分析

任务1：已知3 对控制身高的基因（B／b、G／g、T／t）独立遗传。BB、Bb基因型的个体比bb基因型的个体分别高0.6 cm 和0.3 cm，GG、Gg基因型的个体分别比gg基因型的个体高3.1 cm 和2.3 cm，TT、Tt基因型的个体分别比tt基因型的个体高3.9 cm 和3.0 cm。若已知一对夫妇的基因型分别为BbGGTt和BbggTt，在不考虑环境因素影响的情况下，1）后代中身高最大的基因型为_______，身高最小的基因型为______________。2）后代身高最大值与最小值的差距为____。3）请预测后代基因型为身高最大值的概率是____________。

遗传学和日常生活联系非常紧密，不仅许多人类遗传病遵循遗传规律，学生普遍关注的身高这一遗传性状也如此。人类遗传学研究证实，身高的遗传是由多基因决定的，不同的基因对身高的贡献存在差异［4］。教师通过查阅相关文献，收集不同研究中的数据并进行整合，在学案上呈现3 对独立遗传的等位基因对身高的影响。引导学生根据给定材料，独立分析已知基因型的亲本所产生的后代身高范围及出现概率。

基于维果茨基提出的“最近发展区”理论，教师在创设第1 个任务情境时，选择了学生跳一跳可以够得着的“果子”。从自由组合定律本身出发，由教材上独立的2 对等位基因推广到3 对等位基因的相关计算，一方面加深学生对自由组合定律的认识，另一方面也引导学生以此为例思考多对等位基因遗传的解决方法。学生通过自主分析，发现使用已学的连线法和棋盘格法进行分析和计算都不方便，此时，教师顺理成章介绍分枝法。

2 结构化情境2：动物育种

任务2：猫的短毛（A）对长毛（a）为显性，褐眼（B）对蓝眼（b）为显性，这2 对基因独立遗传。现有纯合的长毛蓝眼猫和短毛褐眼猫，请设计培育纯合短毛蓝眼猫的方案。

通过第1 个“热身”的简单情境，教师确定学生能自如应用自由组合定律进行相关计算，同时也帮助学生建立解决实际问题的信心。第2 个任务在此基础上，增加了对学生分析问题并设计实验解决问题的能力要求。在这个任务中，学生需要灵活运用杂交、自交、测交等育种方法，在预测子代性状的基础上，意识到动物育种和植物育种的区别，再根据目的选择合适的方法。教师从生活中学生喜爱的宠物猫入手，提供基因显、隐性与性状间的对应关系，学生通过小组讨论确定育种方案并在黑板上展示。学生通过自述思维过程、解决问题的路径和方法，掌握解决问题的一般思路和方法。

3 结构化情境3：科学研究

任务3：在培养的拟南芥中得到2 个突变型个体（突变型h和突变型e），均表现为花瓣数量增加（5～6 瓣）。

1）如何判断产生的突变型是显性还是隐性？通过实验确认，2 个突变型的基因h和e均为隐性基因。

2）将突变型h和突变型e进行杂交，获得的F1均表现为野生型。如何解释F1的表型全部为野生型？

3）这2 对基因是否符合自由组合定律？ 如果符合，请设计实验并预测实验结果。

4）如果将突变型h和突变型e进行杂交，获得的F1均表现为突变型，又该如何解释？

在遗传学研究中，尽管现代分子生物学的方法越来越普遍，但孟德尔遗传规律依然有着非常经典的应用。因此，创设科学研究情境，引导学生对拟南芥的花瓣数量进行分析。教师最初的设想是完全自主的学习活动，学生通过设计实验并对结果进行预测，从而判断2 个突变基因是否是等位基因。但是在教学过程中，学生面对陌生的、复杂程度高的真实问题时，较难形成解决思路，不能快速整合资源解决问题。因此，教师设计将这个任务拆分成多个子任务，通过子任务的问题设置给学生搭台阶，驱动学生运用自由组合定律解决复杂问题。其中，子任务2 中的实验结果能引起学生的认知冲突，针对学生的障碍，丰富学生的思路。通过这一富有挑战性的学习任务，促进学生思考，从而加深其对遗传规律的理解，并获得解决实际问题的经历和体悟。

在第3 个情境中，学生首先对任务中出现的突变体进行显、隐性性状的判断，教师带领学生对多种方法进行归纳小结。接着给出实验结果，学生通过小组讨论解释实验结果。在学生讨论过程中，教师观察学案的填写情况，并请学生利用2 对等位基因控制同一相对性状的遗传图解进行解释。在此基础上，教师提出下一个子任务：这2 对等位基因是否符合自由组合定律？如果符合，可怎样设计实验，预期会出现什么结果？教师分别选取采用自交及测交进行验证的学生进行板书，同时展示2 种可行的方案，并在此基础上引入基因框架的表示方法，帮助学生概括书写同一表型对应的多种基因型；同时，总结判定符合自由组合定律时子一代自交和测交后代性状分离比的情况。最后，教师给出2 个隐性亲本杂交，子一代表现为隐性性状的例子，留给学生课后思考分析。这样，学生通过教师设计的逻辑严密、不断深入的多个学习活动，最终成功利用遗传定律解决2 个基因间关系的科学研究问题，并落实了经典遗传学中的常用的方法。

教师在这一课时的教学设计中，设计符合学生认知发展特点并能激发学生学习兴趣的情境，为学生提供了既能自主操作又能获得发展的教学材料，引导学生在已学知识的基础上进行问题解决和知识构建，从而抓住遗传规律的本质。情境中的认知冲突进一步引发学生对遗传定律进行反思和比较，把握分离定律和自由组合定律的内在联系，并能在此基础上推出若干变式，实现迁移和应用。