基于“5E”教学模式的单元复习教学设计——以“基因和染色体的关系”为例

河南

生物学学科核心素养着眼于学生适应未来社会发展和个人生活需要，以探究为特点的主动学习，独立运用科学的思维方式解决新的问题，是落实生物学学科核心素养的关键。“5E”教学模式是基于建构主义理论，由教师和学生共同创设情境化的探究任务，激发学生广泛参与和主动探寻知识的形成过程，在迁移和评价中实现科学思维的形成。笔者以“基因与染色体的关系”为例，浅谈采用“5E”教学模式的单元复习教学策略。

1.构建单元教学主题

1.1 分析单元教学内容

“基因和染色体的关系”是人教版必修2《遗传与进化》第2 章的内容。学生在学习人教版必修2 第1 章中的“孟德尔的豌豆杂交实验”时并不了解基因的物质基础，而在学习第2 章第2 节“基因在染色体上”中“基因位于染色体上的实验证据”时，主要精力用在学习摩尔根的果蝇杂交实验上。基因和染色体的关系是高中阶段综合性较高的程序性知识，因此本节复习课是在学生已经学过教材第2 章后适当的单元整合，体现了遗传学内在的思想方法。教学设计方案中吸引环节设计的问题来自学生已遇到的疑难点；探究是基于小组内的广泛交流，在教师和学生预设的任务情境中验证；解释是学生经过科学思维方法总结后的知识共建；评价是在典型例题中检验学生掌握基因定位方法的程度。

1.2 教学流程

“5E”教学模式指导的教学流程如图1，采用的是自主质疑与合作学习的开放式课堂，由教师在课堂中出示问题、引导学生进入文本，改变为由学生提出问题，而后在探讨中解决问题；由教师出示课堂练习题目、教师评价，改变为由学生自己基于新的情境进行设问、学生间互相评价。教学过程中，教师和学生将基于“科学思维”和“科学探究”能力培养的教学情境进行思维训练。

图1 “5E”教学流程图

2.教学设计方案

2.1 吸引

学生自主回顾高中生物教材必修2 第2 章第2 节“基因在染色体上”和第3 节“伴性遗传”的内容，而后教师基于教材中摩尔根的果蝇杂交实验，结合学生已遇到的题型以及已有知识体系提出问题：

为什么摩尔根的果蝇杂交实验中F2白眼果蝇都是雄性？

如何利用假说-演绎法验证摩尔根的假设？

还有没有其他的假设？如何验证？

如何判断一个基因在细胞中的位置？

基因在性染色体上的位置关系如何验证？

设计意图：基于教材提出有价值的问题串是诱发学生探究和思考的关键，是科学探究的“第一步”。因此，以问题串引导学生深度挖掘教材中科学结论得出的过程，运用批判性思维对结论提出合理的质疑，同时回顾并结合已遇到的问题去思考及判断，是科学思维形成的“原动力”，是培养学生学科核心素养的“起跑线”。

2.2 探究

教师通过创设情境化的问题，引导学生初步构建相关模型。然后教师进行小组讨论，交流探究成果。

情境1（学生从遇到过的题目中节选并创设）：在果蝇中，有灰身的也有黑身的，现实验室有灰身、黑身雌雄蝇若干只。请你利用一代杂交实验，推断灰身和黑身的遗传方式是细胞质遗传还是细胞核遗传。

情境2（教师从高考真题中节选并创设）：科学家研究黑腹果蝇时发现，刚毛基因（B）对截刚毛基因（b）为完全显性。若B/b 这对等位基因存在于X、Y 染色体上的同源区段，则刚毛雄果蝇的基因型可表示为XBYB、XBYb、XbYB；若B/b 仅位于X 染色体上，则刚毛雄果蝇的基因型只能表示为XBY。现有各种纯种果蝇若干，请利用一次杂交实验来推断B/b 这对等位基因是位于X、Y 染色体的同源区段上还是仅位于X 染色体上，简要说明推断过程。

学生独立思考后初步构建判断基因位置的模型，如图2。

图2 判断基因位置的模型

设计意图：情境化的题目会激发学生进行主动思考，运用归纳与概括、演绎与推理、批判性思维得出初步方案。对于控制一对相对性状的等位基因的位置，先确定大方向即基因位于细胞质还是细胞核，然后再判断其在染色体上的具体位置，即运用“假说-演绎法”，提出基因在染色体不同位置的不同假设。假设应包括符合逻辑事实的各种猜想，然后设计实验，分类讨论实验结果所支持的假设。例如：情境1 中基因若位于细胞质，则无论灰身果蝇和黑身果蝇正交还是反交，子代性状都应该与母本一致；若基因位于细胞核，则无论灰身果蝇和黑身果蝇正交还是反交，子代性状都应该一致。

2.3 解释

集各组智慧完成知识共建后，再由学生自主实证，提出思路方法，达成共识后用准确、严谨的语言在全班内部进行展示如表 。

展示及评价分工表

展示要求：基于情境阐明解决方案，并归纳出同类题型的解决思路。

设计意图：小组内合作分享解题思路，组员及时提出改进意见，并表明自己的观点，便于在展示中得到验证。通过全员参与共建知识体系，使基因与染色体的位置关系内化为学生认识事物，解决生物学问题的关键能力和必备品格。

本环节中教师引导学生提出判断基因位置方案的过程中，不是简单地输出知识和方法，而是通过改善课堂的气氛，促进学生形成良好的讨论氛围，使学生基于理解、分享、表达进行深度学习，这也是培养学生科学思维和科学探究的关键所在。

2.4 迁移

在前面的环节中学生通过合作学习梳理出了判断基因和染色体位置关系的方法，掌握了判断、推断、实证自我假设的方法。这样的科学思维能力须及时迁移到一定的情境中综合运用，才能内化为学生个人的关键能力。在新情境中，为使课堂所有参与者的学习成果得到验证，教师可预先设计好一定的实效反馈。

【例1】（2016 年，全国卷Ⅰ，第32 题）已知果蝇的灰体和黄体受一对等位基因控制，但这对相对性状的显隐性关系和该等位基因所在的染色体是未知的。同学甲用一只灰体雌蝇与一只黄体雄蝇杂交，子代中♀灰体∶♀黄体∶灰体∶黄体为1 ∶1 ∶1 ∶1。同学乙用两种不同的杂交实验都证实了控制黄体的基因位于X 染色体上，并表现为隐性。请根据上述结果，回答下列问题：

（1）仅根据同学甲的实验，能不能证明控制黄体的基因位于X 染色体上，并表现为隐性？

（2）请用同学甲得到的子代果蝇为材料设计两个不同的实验，这两个实验都能独立证明同学乙的结论。（要求：每个实验只用一个杂交组合，并指出支持同学乙结论的预期实验结果）

【参考答案】（1）不能

（2）实验1：

实验2：

设计意图：教师预设的实效反馈可以使学生合作学习的成果得到及时验证，同时使学生把新知识的学习及时与应用中的情境结合起来，从而及时检验学生通过学习获得关键能力的情况。

2.5 评价

评价贯穿“5E”教学的所有环节，包括学生自评学习过程、学生互评学习过程。学生可自评提出的问题，互评构建的模型图。教师也可提炼本节重点内容，通过提问检测的方式，评价本节课的教学效果。

【例2】（2017 年，全国卷Ⅰ，第32 题节选）某种羊的性别决定为XY 型。已知其有角和无角由位于常染色体上的等位基因（N/n）控制；黑毛和白毛由等位基因（M/m）控制，且黑毛对白毛为显性。回答下列问题：

（2）某同学为了确定M/m 是位于X 染色体上，还是位于常染色体上，让多对纯合黑毛母羊与纯合白毛公羊交配，子二代中黑毛∶白毛=3 ∶1，我们认为根据这一实验数据，不能确定M/m 是位于X 染色体上，还是位于常染色体上，还需要补充数据，如统计子二代中白毛个体的性别比例，若_____________________，则说明M/m 是位于X 染色体上；若_____________________________，则说明M/m 是位于常染色体上。

（3）一般来说，对于性别决定为XY 型的动物群体而言，当一对等位基因（如A/a）位于常染色体上时，基因型有_________________种；当其仅位于X 染色体上时，基因型有____________________种；当其位于X和Y染色体的同源区段时 （如图所示），基因型有___________________种。

【参考答案】（2）白毛个体全为雄性 白毛个体中雄性∶雌性=1 ∶1 （3）3 5 7

设计意图：评价过程锻炼了学生的思辨能力和语言表达能力，教师善于运用激励策略有利于实现教师与学生的“教学双赢”，落实生物学学科核心素养。

3.教学反思

本节课教学过程中，吸引环节中教师和学生共同提出的问题是调动学生参与积极性的关键，因此教师应该提前了解学生在学习遗传规律和应用时的疑惑点。在探究环节，教师预设的情境要紧密结合学生的疑惑点且难度适中，并要给予学生充足的自主学习和讨论的时间，充分相信学生能够完成预设的情境化任务。学生的主动学习与交流合作能力是建立在实践基础上的，“5E”课堂不仅是为了应对高考，更是培养学生科学思维能力的路径，可为其以后在自然科学领域继续深造打下基础。