基于学科核心素养培养的高中生物学教学策略——以“染色体变异”一节为例

辽宁

随着教育水平的不断提高，学生学科核心素养的培养显得越来越重要。让学生拥有正确的学习方式和方法、在快乐中学习、对学习充满兴趣是教育的真正目的。只有在教学过程中融入学科核心素养，才能真正提升学生在生物方面的学习能力和理解能力，让学生真正达到生物学素养的提升和综合能力的提高。因此，生物教师在教学活动中，应该明确教学思想导向，以学科核心素养为基准，对高中生物课堂进行创新。本文以高中生物学2019 年版人教版教材必修2 中“染色体变异”一节为例，解读教材结构设计与培养学生学科核心素养的关系，探索培养学生学科核心素养的教学策略。

1.教材结构及内涵分析

“染色体变异”是2019 年版人教版教材必修2《遗传与进化》 第5 章“基因突变及其他变异”第2 节的内容，包括染色体数目的变异、探究·实践活动低温诱导植物细胞染色体数目的变化以及染色体结构的变异三部分内容。本节内容分两课时完成，一课时完成染色体数目的变异、染色体结构的变异的学习，另一课时在实验室完成低温诱导植物细胞染色体数目变化的探究实验。本文针对于第一课时，设计适合培养学生生物学学科核心素养的内容。

1.1 研读教材

本节“问题探讨”部分以马铃薯和香蕉的染色体数目的分析与比较为例，从生活中的实例出发，引发学生思考，从而引出教材的第一部分“染色体数目的变异”。教材中这部分介绍了染色体组、二倍体、多倍体、单倍体的概念，教材的编写是遵循染色体组、二倍体、三倍体、多倍体这些概念之间的内在联系而逐渐展开的，比如教材正文中，在庞大的蜜蜂家族中有三种类型的蜜蜂，它们是蜂王、雄蜂和工蜂。通过对蜂王和工蜂的分析，学生建构了二倍体的概念；通过模仿，学生建构了三倍体和四倍体的概念。教材旁栏中，“在被子植物中，约有33%的物种是多倍体。例如，普通小麦、棉、烟草、菊、水仙等都是多倍体。某些品种的苹果、梨、葡萄也是多倍体”，其中，普通小麦是六倍体、棉花和烟草是四倍体、水仙是三倍体，这使学生建构了多倍体的概念。紧接着，通过对雄蜂的描述——体细胞中的染色体数目与本物种配子染色体数目相同，学生又建构了单倍体的概念。这样的内容安排符合学生的认知规律，有利于学生层层递进式的学习。训练学生对低温或秋水仙素诱导染色体数目加倍的原理以及在培育三倍体无子西瓜无子的原因的描述，意在培养学生科学思维，同时介绍了单倍体育种的原理，让学生认识到生物学知识在农业生产中的重要应用，培养了学生的社会责任。第二部分是“低温诱导植物细胞染色体数目的变化”的探究·实践活动。通过实践探究培养学生科学探究的能力。第三部分是“染色体结构的变异”，教材以图文结合的形式，介绍了染色体的缺失、重复、易位和倒位4 种情况，4 种情况都以果蝇为例。变异往往会导致生物性状的改变，这种改变往往是不利的，甚至导致死亡，教材介绍此内容意在培养学生的生命观念。

1.2 学科核心素养的体现

本节教材内容的设计深刻体现了生物学的四个学科核心素养：（1）生命观念。教材介绍了染色体的缺失、重复、易位和倒位4 种情况。通过学习此部分内容，学生能够关注自己以及他人的生命健康问题，养成良好的生活习惯。（2）科学探究。“低温诱导植物细胞染色体数目的变化”的探究·实践活动，能培养和锻炼学生的科学探究能力，培养学生大胆提出疑问并勇于探索的精神。（3）科学思维。教师可以根据教材旁栏的“本节聚焦”“相关信息”及课后练习的“拓展应用”部分，设计一系列问题，促进学生在思考中解决问题，提升学生的科学思维。（4）社会责任。“与社会的联系”和“拓展应用”这两部分涉及单倍体育种原理及无子西瓜的培育，让学生认识到生物学知识在农业生产中的重要应用，有利于学生树立为社会做贡献的社会责任意识。

2.教学策略设计思想

“染色体变异”一节教学分为两个课时。第一课时主要学习染色体结构变异的类型及其影响，染色体组、二倍体、三倍体、多倍体以及单倍体的概念，染色体数目变异及其在生产生活中的应用。笔者以培养学生的学科核心素养为主线设计了本课时的教学，力求落实《普通高中生物学课程标准（2017 年版2020 年修订）》（以下简称《课程标准》）的要求。

3.教学过程设计

3.1 生活实例导入，激发学生的学习兴趣

新课导入一般有情境导入法、问题导入法和复习导入法等。不管哪一种导入方法，都是为了引起学生的好奇心，激发其学习兴趣。2019 年版人教版教材本节课的问题探讨部分为“马铃薯和香蕉的染色体数目的分析与比较”，由此可以直接引入本节课重点内容“染色体数目的变异”。为了增强学生的感官体验，笔者结合此问题探讨的内容，收集了野生型和栽培型马铃薯及香蕉的图片，让学生从外观、表型方面猜测哪个是野生型，哪个是栽培型，并说出猜测理由。用生活中人们经常见到的蔬菜水果为例导入新课，让知识源于生活，从而激发学生探究的欲望，进而提问：“同学们知道导致它们表型出现差异的根本原因是什么吗？”从而回归教材问题探讨中的问题。这充分体现了新教材问题探讨栏目设置源于生活的设计意图，在激发学生学习兴趣的同时，问题探讨的第3 题又是点睛之笔，学生在课堂上可以提出各种各样的问题，比如什么是一套非同源染色体？香蕉没有种子应该如何繁殖？人们如何通过人工诱导的方式来培育这些新品种？这些本节课要研究的重点内容由学生自然提出，真正体现倡导学生主动学习的课程理念。

3.2 设置问题串，培养学生的科学思维

针对2019 年版人教版教材“染色体数目的变异”这一内容，笔者对课堂上学生针对教材问题探讨部分提出的一系列问题进行梳理，设计了问题串的引导，学生通过讨论交流、归纳总结，建立系统的知识体系：（1）什么是一个染色体组？（2）如何理解一个染色体组中的染色体具有控制该生物生长、发育、遗传、变异的全套遗传信息？（3）结合染色体组的概念，举例说明什么是二倍体、三倍体、多倍体、单倍体。（4）染色体数目的变异在无子西瓜培育过程中如何应用？（5）在无子西瓜培育过程中人工（低温或秋水仙素）诱导染色体数目加倍的原理是什么？（6）无子西瓜无子的原因是什么？这个问题串层层递进，目的是挖掘学生的深度思考能力，培养学生的科学思维。教师在此基础上可设置课后思考题：（1）利用染色体数目变异的原理，你能想出一种快速获得纯合子的方法吗？（2）在使用秋水仙素时，应注意什么？请结合相关信息说说秋水仙素有剧毒的原因？同学们可以在课后查找资料获得相关信息，作为本节课思维能力的拓展延伸训练，从而提升学生的科学思维。

3.3 讨论交流，培养学生的合作探究能力

笔者所在学校每个班都已经分好了生物学学习小组，每组6 人左右，主要在课上和课下讨论生物学疑难问题及与生物学相关的社会问题，目的是为了提高学生合作探究能力和生物学成绩。

本节课涉及染色体组、二倍体、三倍体、多倍体、单倍体的概念以及无子西瓜培育的流程等较难理解的问题，学习小组可先用10 分钟左右的时间进行讨论交流，小组成员分享自己的观点，得出小组的结论。

在学生讨论过程中，教师还可以给学生设置模型构建活动，借此来促进学生对相应知识点的深入理解。针对本节课的教学内容，笔者设计三个模型构建活动：（1）阅读教材，讨论什么是染色体组，并构建给定细胞的一个染色体组。（2）模拟无子西瓜的培育流程。通过任务驱动讨论交流，切实培养学生的合作探究能力。（3）阅读教材，小组合作，利用手中的资料袋（资料袋中有两对同源染色体，同学们需要用剪刀剪下发生易位的染色体片段，并重新粘贴），构建染色体发生易位之后的模型。

3.4 课堂展示，锻炼学生的语言表达能力与想象能力

在讨论交流、整理知识后，小组可以采用各种各样的方式展示讨论成果。教师鼓励学生展示、质疑、挑战、纠错、补充。比如前两个模型构建活动，学生可以将构建好的模型拍照后传到大屏幕上，然后，小组同学描述本组的成果，其他小组进行补充、纠正，真正实现了全班同学共同参与课堂内容的构建。第3 个模型构建活动则可以用电子白板的触屏拖动功能（将含有不同的染色体组数的图片移动到相应位置）来实现无子西瓜培育过程的模拟，学生模拟的过程中对该过程进行讲解。对于问题中的前3 个问题，学生通过阅读、思考及小组讨论之后进行模型构建，在模型展示与纠错过程中，学生认同一个染色体组是一组非同源染色体，同源染色体上的等位基因控制的是同一性状的不同表现类型，所以一个染色体组具有控制该生物生长、发育、遗传、变异的全套遗传信息。从而引出第3 个问题——二倍体、三倍体、多倍体、单倍体的概念。学生结合教材旁栏中的相关信息，举例说明：由受精卵发育而来，体细胞中有两个染色体组是二倍体、有三个染色体组是三倍体、有三个和三个以上染色体组称为多倍体。由配子发育而来的个体无论有几个染色体组都是单倍体。问题中的第4、5、6 个问题，学生通过模型构建活动及模拟低温或秋水仙素诱导细胞有丝分裂的过程，深入理解抑制纺锤体形成导致染色体数目加倍的原理，并尝试模拟三倍体西瓜减数分裂产生配子的过程，发现染色体无法均等分配的事实。认同无子西瓜无子的原因是染色体联会紊乱无法形成正常的配子。

通过层层递进的问题，学生一步步理解了本节课的重点知识，形成了专属的知识框架，培养了科学思维，落实了学科核心素养。虽然有些问题是学生通过查阅资料才能解决的，但这也是一个探索知识的过程，比教师直接告知、灌输式的学习效果好得多，也有利于学生对知识的理解、掌握和记忆。

3.5 利用社会问题，增强学生的社会责任感并形成生命观念

这节课学习了染色体结构的变异和染色体数目的变异的类型及影响，笔者在讲解完此内容后，播放视频介绍染色体的变异在农业生产中的应用、介绍通过人工诱导染色体变异培育出的果实大、营养物质含量高的农产品，使学生真切地体会到生物技术在农业生产中的作用。同时激发学生用知识服务社会的意识，增强学生的社会责任感。

教师同时也需要引导学生了解科学技术是一把双刃剑，生物的变异对生物个体而言往往是不利的，然而生物技术合理的利用又可以服务于人们的生产生活。因此，笔者鼓励学生好好学习，长大后用所学知识及生物技术改造生物的同时一定要兼顾生物与生物、生物与环境之间的关系，合理地利用生物技术，使生物技术真正造福于地球，以此使学生形成生命观念。

4.教学反思与启示

通过深入研读教材以及设计知识结构，笔者发现2019 年版人教版教材非常适合培养学生的学科核心素养。本节课的设计着重培养学生的科学思维和科学探究能力，并激发学生的社会责任意识。这样的设计有利于达成教学目标，也能激发学生学习生物学的兴趣与信心。作为一线教师，要担当起教书育人的责任，认真钻研教材、《课程标准》，把培养学生的学科核心素养落到实处。

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