基于提高生物学科素养的遗传定律作业原创设计初探

徐金鹏　凌春光

关键词：学科素养；遗传定律作业；原创设计

文章编号：1003-7586（2024）01-0053-04 中图分类号：G633.91 文献标識码：B

遗传学是发展和提高高中生学科素养的重要知识载体，也是《普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）》中生物学业质量的重要评价内容。在当今倡导“教学评”一体化的新课程改革中，设计遗传学高效评价作业不仅能提升学生生物学科素养，也是践行学生“双减”负担的重要途径。在遗传学内容教学中，笔者通过自行设计评价作业，尝试在运用教学、反思教学和反哺教学中提升学生科学思维和科学探究等学科素养，取得了良好效果。现将教学实操和教学体会分享给大家。

1大量、机械地选用遗传定律试题对提升学科素养不利

遗传学试题浩如烟海，既有历年高考试题，也有不同地市的模考试题，更有教育机构命制的试题。高考试题权的威较高，但反复、机械地训练不利于提升学生在新情境下解决问题的能力和素养；而模拟试题的命制水平参差不齐，考查方向及考查角度时有偏颇，部分试题甚至出现命制错误。很多教师在教学中习惯直接使用成套遗传学教学资料，或者直接从资源网站上下载、拼凑试题，这些措施所选的试题不是知识点考查重复，就是考查内容零散，难以满足新课程标准下提升学生学科素养的要求，还给一线教师带来教学障碍和困惑。

2研究新课程标准中遗传定律的内容要求

命制遗传定律作业前，笔者仔细研读《普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）》中模块2《遗传与进化》中概念3“遗传信息控制生物性状，并代代相传”以下重要概念及次位概念，结合新课程标准中对学生学科素养中“科学思维”和“科学探究”的不同水平要求，联系教学中关于遗传定律的使用基础、遗传模型分析和设计遗传学实验等具体要求，以特定植物和模式动物果蝇为情境，设计发展学生学科素养的作业用于教学评价，做到内容满足“少而精”“少而新”和“少而效”的标准。具体情况试举如下几例。

3利于提升学科素养的原创遗传定律作业举例

教学中，笔者结合教学体会和实际命题经验，通过查阅、参考优秀高考试题和大学遗传学教材等内容创设真实情境，设计题干精准、评价方向科学的作业用于教学。

3.1利用大情境设计作业评价遗传定律基础

作业设计：植物X可以自交或杂交，含有N对等位基因，每对等位基因各控制一对相对性状。假设等位基因间均独立遗传，且显性基因对隐性基因均为完全显性。

（1）理论上植物X雄蕊能产生__________种雄配子；若植物X自交，子一代中有__________种基因型；子一代中有__________种表型。子一代中纯合子所占比例为__________；子一代中杂合子所占比例为__________；子一代中各对基因均为杂合的个体出现比例为__________。

（2）若对植物X进行测交，子一代中有______________种基因型；子一代中有______________种表型。子一代中纯合子所占比例为______________；子一代中杂合子所占比例为_________；子一代中各对基因均为杂合的个体出现比例为________。

（3）若植物X花色有红花和白花两种，两种花色由M对独立遗传的等位基因控制，且每对基因中至少含有一个显性基因的个体（A_B_C_D_E_……）开红花，其余个体开白花。若植物X为M对基因均杂合的红花植株，让植物X自交，子一代的性状及比例为______；对植物X进行测交，子一代的性状及比例为________。

评价依据：遗传信息通过配子建立的亲子代间的性状联系是通过基因分离定律和自由组合定律实现的。为评价学生在新情境下对遗传定律的深度理解和运用，笔者以模糊生物种类“植物X”为情境设计作业，引导学生打破思维定势解决问题。在设计的三个评价内容中，主要检测学生理解N对等位基因在自由组合定律中的变式应用。前两个问题以一对基因控制一对性状为情境，主要检测学生对自交和测交中多对基因遗传本质的理解，引导学生从一对基因到多对基因的认知提升，这与新课程标准中科学思维水平三中要求的“基于事实和证据，运用归纳的方法概括出生物学规律，并在某一给定情境中，运用生物学规律和原理，对可能的结果或发展趋势作出预测或解释”高度契合。第三个问题以基因与性状的非线性关系为情境，对比基因遗传与性状表型的逻辑联系，让学生阐明其中的遗传本质及预测有关遗传现象。这种评价能让学生在新问题情境中，采用适当的科学思维方法揭示生物学规律或机制，并选用适当的方法阐明其内涵，这是科学思维中水平四所要求的。

评价反馈：由一对基因的遗传行为上升到N对基因共同遗传模式，这需要学生运用不完全归纳法进行列举、总结和归纳得出。检测中发现部分学生对N对基因遗传下的杂合子出现概率不能得出正确答案，这是学生不能科学地理解和运用差值法所致。当杂合子和纯合子之和为1时，纯合子要求每对基因型均为纯合子，概率计算相对简单，而后直接利用单位1减去纯合子的思路便可轻松得出答案。若直接讨论各种杂合子出现概率并累加则不是解决问题的有效途径。另对于M对基因控制一对相对性状，很多学生难以运用分离定律解决自由组合定律难题，对于不定的“M对等位基因”产生陌生感和困惑，不能准确找出M对基因同时遗传与一对性状概率的关系，这是科学思维方法运用不当和思考深度不够所致。教学中针对学生认识误区和思维局限，教师需要利用建立数学模型进行有效引导和突破。

3.2利用一题多问模式设计作业判断显隐性状

作业设计：果蝇长翅和残翅为一对等位基因控制的相对性状。为判断显隐性状，有人设计实验，让长翅雌蝇与残翅雄蝇杂交，实验结果有如下几种情况。在不考虑突变和致死情况下，回答下列问题：

（1）子代雌雄果蝇均为长翅，说明______________。

（2）子代雌蝇均为残翅，雄蝇均为长翅，说明______________。

（3）子代雌蝇均为长翅，雄蝇均为残翅，说明______________。

（4）子代雌蝇和雄蝇均为长翅：残翅=1：1，若以子代果蝇为材料继续设计实验判断显隐性状，则实验思路和预期结果及结论为________________________________。

评价依据：根据遗传实验结果或设计实验判断显隐性状是运用遗传定律解决实际问题的经典模型。设计作业中，笔者运用一个大情境为基础，采用类似问题串的多种实验结果为基点，让学生根据不同结果判断显隐性状。作业设计融入了常染色体遗传和伴性遗传等内容，引导学生从不同类型基因遗传角度判断显隐性状，对于提升学生学科素养至关重要，这也符合科学探究水平三中“运用多种方法如实记录和分析实验结果”的具体要求，对于学生思考和解决此类遗传模型问题提供了很好的借鉴和参考作用。

评价反馈：对于作业中第（3）问，部分学生不能准确利用XY染色体同源区段上基因遗传特点进行分析，导致解题失误。对于第（4）问，笔者采用亲本测交的实验方案，即子代果蝇中一种性状为隐性，另一种性状为显性杂合子的事实背景下，引导学生利用子代果蝇同性状的雌雄果蝇继续交配，根据子二代果蝇是否出现性状分离达到实验目的。由于部分学生不能理解实验条件和實验原理，导致解决问题手足无措，这需要教师结合试题特点，采用假说一演绎法对学生进行思维矫正并建立科学思维模式。

3.3通过书写遗传图解验证遗传定律和伴性遗传

作业设计：果蝇灰体（基因A）对黑体（基因a）为显性，A/a位于2号常染色体；大翅脉（基因B）对小翅脉（基因b）为显性，B/b位于3号常染色体；红眼（基因R）对白眼（基因r）为显性，R/r位于X染色体。现以纯合灰体小翅脉红眼雌蝇和纯合黑体大翅脉白眼雄蝇为材料，设计两代杂交实验验证如下结论。

（1）若验证基因A和基因a遵循分离定律，写出相应遗传图解。

（2）若验证A/a和B/b基因间遵循自由组合定律，写出相应遗传图解。

（3）若验证果蝇红眼和白眼性状为伴性遗传，写出遗传图解。

评价依据：利用遗传图解和必要文字验证基因遗传定律，即可评价学生理性思维过程，也可评价学生运用文字和图示进行表达遗传内涵的关键能力。作业设计中，笔者以果蝇三对相对性状为情境，以提供的两种纯合子为材料，以验证分离定律、自由组合定律和伴性遗传为任务情境，要求学生利用所给材料设计实验方案，这与科学探究水平三中“基于给定的条件，设计并实施探究实验方案”的要求高度契合；检测学生完成探究方案所利用的思维轨迹也满足科学思维水平三中所要求学生“对可能的结果或发展趋势作出预测或解释，并能够选择文字、图示或模型等方式进行表达并阐明其内涵”的评价标准。

评价反馈：在实际评价中，由于验证遗传定律需要“由表及里”的逻辑关系，需用观察到的性状及比例推测对应亲本产生配子时基因的遗传行为，这需要缜密的科学思维才能完成。试题中，笔者提供的材料为纯合子，很多学生不能利用纯合子杂交获取杂合子继续实验，这是部分学生不理解用杂合子证明分离定律和自由组合定律的缘由。对于证明伴性遗传，需要学生明确性状与性别关联的概念和本质，以及能证明基因位于X染色体上的两个特定杂交组合模型，很多学生不能厘清思路导致设计实验出现困难。教学中，教师需要引导学生认真分析常染色体基因不同交配组合与X染色体上基因不同交配组合的区别与联系，让学生深刻理解伴性遗传的内涵和实质。对于书写遗传图解，很多学生出现漏写遗传符号，不写各代表型及子代性状比例等情况，教学中笔者结合学生错误之处，通过利用如下口诀“遗传图解需记牢，配子符号莫漏掉。各代表型基因型，性状比例要标清”为抓手，引导学生在利用遗传图解表达遗传机制时做到自查自纠，效果很好。

3.4利用不同实验方案探究基因（间）的位置

作业设计：果蝇长翅对残翅为显性，由常染色体上一对等位基因控制；果蝇刚毛和截毛为另一对相对性状。在不考虑突变和同源染色体交换的前提下，设计实验方案完成如下问题：

（1）现以纯合刚毛雌雄果蝇和纯合截毛雌雄果蝇为材料，若设计一次杂交实验探究控制基因是位于细胞质中、细胞核的常染色体上还是细胞核的X染色体上，则实验思路、预期实验结果及结论为________________。

（2）若已知果蝇刚毛（基因F）对截毛（基因f）为显性，且基因F/f位于染色体上，现以纯合刚毛雌雄果蝇和纯合截毛雌雄果蝇为材料，设计一次杂交实验判断基因F/f位于常染色体还是X染色体上，则实验思路、预期实验结果及结论为______________________________________。

（3）若已知果蝇刚毛和截毛的控制基因位于常染色体上。现有纯合长翅刚毛雌蝇和纯合残翅截毛雄蝇为材料，设计实验判断两对等位基因是否位于同一对常染色体上，则实验思路、预期实验结果及结论为_________________________________________。

评价依据：生物学学科核心素养中科学探究水平四中明确要求，学生能“设计并恰当可行的实验方案”“创造性地运用数学方法分析实验结果”。作业设计中，笔者通过层层递进的情境设计，以让学生判断基因位于细胞核还是位于细胞质、位于常染色体还是位于X染色体上、位于一对染色体还是位于两对染色体等问题为导向，让学生由提供的实验材料，结合实验要求，科学选用合适的实验材料和实验方案完成实验，这对于学生运用科学探究解决实际问题有着更高要求，是对学生真正解决实际问题能力的综合检测，是全面评价学生运用遗传学思维解决实际问题的重要例证。

评价反馈：教学中，教师发现很多学生对于区分是细胞核遗传还是细胞质遗传，不能根据材料特点（即亲本显隐性状未知）理性运用正交和反交完成实验，导致实验思路出现障碍，这是不明确基因遗传行为和结果关系的错乱思维所致。对于已知显隐性状的情况下，很多学生不能运用特定杂交组合（性染色体同型为隐性性状和性染色体异型为显性性状）进行实验，导致解题出现问题。对于判断两对基因的位置关系，很多学生不能根据子代表型的性状分离比加以推测基因的位置关系和基因的遗传行为，这是很多学生出错的根本。教学中教师需要根据学生的思维障碍，引导学生结合具体材料，联系基因的遗传特点，精选合适的实验方案和程序，通过运用数学分析和建立思维模型等方法推导出相应解决问题的机制，这才是解决此类问题的有效途径。

遗传学是高中生物学检测学生科学思维和科学探究的重要内容，如何在教学中精心设计和运用作业评价，始终是一线教师不断思考和实践的课题。在设计评价作业中，一线教师既要不断研读新课程标准和高考评价体系，结合新高考试题的命题趋势，也要精心挖掘和加工试题情境，精选试题评价方向，重点训练和提升学生科学思维和科学探究等学科素养，引导学生运用核心素养高水平层次标准解决实际问题，并对作业评价中出现的典型问题进行及时高效处理。这才是切实运用作业评价提升学生学科核心素养的根本所在。