基于概念学习的“染色体变异”(第一课时)教学设计
2022-06-08
1 教材分析
教育期刊网http://www.jyqkw.com/
“染色体变异”是人教版高中生物学教材《必修2?遗传与进化》第五章第二节的内容，是在学生学习基因突变和基因重组的内容之后，继续对可遗传变异类型的学习。本节教材包括2个课时的内容，课标中的具体内容主要涉及染色体结构变异、染色体组、二倍体、多倍体、单倍体等概念及其应用，以及低温诱导植物染色体数目变化的实验。第一课时主要完成染色体结构变异、染色体组和二倍体及多倍体等概念及其应用的教学;第二课时为低温诱导植物染色体数目变化的实验。第一课时的教学内容概念多，概念之间的逻辑关系密切。如果教师课堂上处理不当，会导致课堂教学结构零乱，影响教学目标的达成。本节内容还与前面学习的有丝分裂、减数分裂和受精作用等知识相联系，也是学生学习“人类遗传病”一节的基础，与人类的生产、生活和其他知识有着密切的联系。通过本节学习，帮助学生构建更为直观、完整的知识体系，有助于学生对“遗传和变异”整体理解，起到承前启后的作用。
2 概念分析
染色体变异分为染色体结构变异和染色体数目变异。染色体结构变异包括染色体缺失、重复、易位和倒位四种类型。染色体数目变异又分为个别染色体的增减和以染色体组倍数的增减。学生在此基础上进一步学习染色体组、二倍体、单倍体、多倍体、单倍体育种、多倍体育种等概念。这些概念的形成都以染色体组为基础，因此，“染色体组”是“染色体变异”一节中的核心概念。本概念的地位十分重要，处于核心地位，并能够有效地组织起相关的事实和其他概念。染色体组”的概念较为抽象和复杂，与减数分裂的知识密切联系，所以，“染色体组”概念的教学既是本节教学的重点，又是教学的难点。
3 教学目标
3.1 知识目标
说出染色体结构变异的基本类型;理解染色体组、二倍体、单倍体、多倍体的概念。
3.2 能力目标
培养运用图形说明或阐释抽象知识能力;培养运用生物学相关概念建构概念图能力;培养观察能力和准确语言表达能力;培养合作学习能力。
3.3 情感、态度与价值观目标
认识生命现象的多样性和复杂性，激发探究生命现象的兴趣;理解科学、技术和社会之间的关系。
4 教学策略
根据本节教学内容的特点，笔者应用了多轮认知教学策略展开教学，采用概念教学设计。教师以学生原有的概念为教学的起点，以概念转变过程为模型，以概念图为工具，通过利用实例，使用事实，对事实的分析，帮助学生获得“染色体结构变异”“染色体数目变异”“染色体组”等概念，再通过相关概念的比较、归纳获得“二倍体”“单倍体”“多倍体”等概念。在概念学习过程中，教师引导学生主动地建构知识，使得学生认知结构的多轮次的持续改造，促使学生的知识结构、能力结构和心理过程得以不断优化。基本教学流程如图1所示。
5 教学过程
5.1 初识新课知识结构
教师按照表1所示，指导学生在课前通过自学教材和参考资料，分类整理新课中的学习材料。
设计意图：通过引导学生预习教材单元内容，对所学内容进行研读和分解，为下一步的学习做好准备。
5.2 检视原有认知结构
指导学生根据自己原有的认知和对新教材的初步学习，尝试画出概念图。教师查看学生建构的概念图。
设计意图：原有认知是获取新认知的基础，教学的起点自然是要弄清学生已经知道什么和还不知道什么。学生通过概念图形式将已有认知结构表征出来，在学习新课之前，教师弄清学生已经具备了什么样的认知结构，学生需要习得哪些必需的前期知识，从而找准教学起点，为下一步的教学提供依据。
5.3 打破原有认知结构
教师投影展示图2和图3，引导学生观察，展开讨论：
（1） 图2和图3中两条染色体都是同源染色体吗？（2） 这两幅图发生什么变化？（3） 是否都发生基因重组？
设计意图： 通过上节内容“基因重组”学习，学生认识了基因重组的实质，利用学生原有的认知结构状态，呈现“染色体易位”图解，让学生展开讨论和辨别，发现两者的区别，打破学生原有认知结构，出现“认知失衡”状态，使学生产生认知冲突，激发求知欲望，让学生产生不满足感和急于获取新知的积极心向。
5.4 建立新的认知结构
5.4.1 染色体结构变异
通过上例，让学生了解可遗传变异有前面学习的基因突变和基因重组外，还有在光学显微镜下可见的变异――染色体变异，染色体变异包括染色体数目变异和染色体结构变异。
教师播放PPT显示染色体缺失、重复、易位和倒位的动态变化，要求学生观察和描述这些染色体结构发生的变异。教师再归纳出染色体缺失、重复、易位和倒位的特点，用PPT显示染色体异常的代表例子和变异导致的影响，进一步帮助学生对染色体结构变异的理解。在学习过程中，对于学生易混淆的知识点，例如染色体结构变异中“重复”与基因突变中的“增添”;染色体结构变异中“易位”与基因重组的“交叉互换”，教师需要加以点拨，帮助学生深入理解基因突变、基因重组与染色体结构变异的概念内涵以及三者间的区别。
教师引导学生初步构建染色体变异概念图。
设计意图：通过观察图片和动画，形象直观地说明染色体结构变异的类型，再通过教师的引导和点拨，对染色体结构变异由感性认识上升到理性认识。学生同时也获得新概念：可遗传变异有基因突变、基因重组和染色体变异;染色体结构变异有缺失、重复、易位和倒位这四种类型。学生通过概念图的构建对染色体变异有初步的认识，并加深对染色体结构变异概念的理解。
5.4.2 染色体组概念
活动一：用PPT展示教科书P86图5-8雌雄果蝇体细胞的染色体图解。观察后，小组讨论以下问题：①雌、雄果蝇体细胞中各有几条染色体？②有几对同源染色体？哪些染色体互为同源染色体？③雌雄个体所含的性染色体有何不同？ 活动二：播放“减数分裂过程”动画，以雌果蝇体细胞的染色体图解，请学生画出雌果蝇的配子染色体图解。观察后，小组讨论以下问题：①果蝇卵细胞中有哪几条染色体？②这些染色体在形态、大小和功能上有什么特点？这些染色体之间是什么关系？
活动三：用PPT展示雌果蝇体细胞的染色体上基因（图4），请学生根据所学的基因分离和自由组合定律实质，在雌果蝇配子染色体上标注基因。讨论：它们是否携带着控制生物生长发育的全部遗传信息？
经过3个讨论活动，师生共同探讨，由学生总结出染色体组的概念：细胞中的一组非同源染色体，它们在形态和功能上各不相同，但又相互协调，共同控制生物生长、发育、遗传和变异的全部信息，这样的一组染色体，叫做一个染色体组。
设计意图：染色体组的概念较为复杂和抽象，如果直接讲述，学生是很难理解其实质。教师提供生物学事实以支撑，从雌雄果蝇体细胞和生殖细胞的染色体的形态和数目分析入手，设置一系列的问题情境，通过联系以前所学的知识，主动参与概念的形成、分析、运用和辨析，帮助学生认识染色体组的概念。这是一个从感性认识上升到理性认识过程，学生能够理解相关生物学事实的总体特征，建构新的概念。
5.4.3 单倍体、二倍体、多倍体的概念
教师用PPT展示单倍体雄蜂、二倍体葡萄和多倍体葡萄的实例和相关资料，让学生结合预习教材内容，讨论和归纳单倍体、二倍体、多倍体的概念以及其他相关内容（表2）。
设计意图：在掌握“染色体组”概念的内涵和外延后，回归到果蝇体细胞的染色体组成。在学生独立思考、小组讨论、汇报交流过程中，完成对二倍体、多倍体、单倍体的概念学习，通过概念间横向的比较，加深学生对概念的理解。
5.5 巩固新的认知结构
5.5.1 构建新概念图
新的认知结构建立起来后，需要及时巩固，教师引导学生提取概念的核心词，完成概念图，以加深学生对概念的理解。在构建概念图过程中，不同的学生也可能存在理解偏差，建构出来的概念图也存在差异教师在巡看过程中，发现学生错误及时地反馈。最后，组织学生将建构出来的概念图进行分享和交流。
设计意图：学生习得新概念后，及时通过精加工策略来将新旧知识整合起来形成新的认知结构，并用概念图表征出来。通过概念图的形式，将小的知识结构合并为大的知识结构，并增进知识之间的联系性，以建立更为牢固的概念系统。
通过师生间、生生间的讨论和交流，让更多的学生进行相互的学习和借鉴，使之成为一种有效的学习途径，也有助于促进教师的教学。
5.5.2 实践中巩固概念
习题略。
设计意图：概念获得后，需要及时的巩固。在实践中运用概念，是概念的具体化过程;而概念的每一次具体化，都会使概念进一步丰富和深化，对概念的理解就更加全面、更加深刻。
6 教学反思
在应用多轮认知教学策略的概念教学，学生对概念的理解比较深刻，在实践中得以合理的应用和迁移。从学生的认知规律出发，以学生原有的概念为教学的起点，通过利用实例，使用事实，对事实的分析，帮助学生建构新的概念，学生在建构概念图过程中对原有知识进行内省、分析、重新评价和组织，进行有意义的知识体系的建构。同时，教师的教学重心从讲授事实转移到使用事实，学生的学习重心从记忆事实转移到理解可迁移的核心概念，促使学生的知识结构、能力结构和心理过程得以不断优化，提高了学生的思维品质。
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“染色体变异”是人教版高中生物学教材《必修2?遗传与进化》第五章第二节的内容，是在学生学习基因突变和基因重组的内容之后，继续对可遗传变异类型的学习。本节教材包括2个课时的内容，课标中的具体内容主要涉及染色体结构变异、染色体组、二倍体、多倍体、单倍体等概念及其应用，以及低温诱导植物染色体数目变化的实验。第一课时主要完成染色体结构变异、染色体组和二倍体及多倍体等概念及其应用的教学;第二课时为低温诱导植物染色体数目变化的实验。第一课时的教学内容概念多，概念之间的逻辑关系密切。如果教师课堂上处理不当，会导致课堂教学结构零乱，影响教学目标的达成。本节内容还与前面学习的有丝分裂、减数分裂和受精作用等知识相联系，也是学生学习“人类遗传病”一节的基础，与人类的生产、生活和其他知识有着密切的联系。通过本节学习，帮助学生构建更为直观、完整的知识体系，有助于学生对“遗传和变异”整体理解，起到承前启后的作用。
2 概念分析
染色体变异分为染色体结构变异和染色体数目变异。染色体结构变异包括染色体缺失、重复、易位和倒位四种类型。染色体数目变异又分为个别染色体的增减和以染色体组倍数的增减。学生在此基础上进一步学习染色体组、二倍体、单倍体、多倍体、单倍体育种、多倍体育种等概念。这些概念的形成都以染色体组为基础，因此，“染色体组”是“染色体变异”一节中的核心概念。本概念的地位十分重要，处于核心地位，并能够有效地组织起相关的事实和其他概念。染色体组”的概念较为抽象和复杂，与减数分裂的知识密切联系，所以，“染色体组”概念的教学既是本节教学的重点，又是教学的难点。
3 教学目标
3.1 知识目标
说出染色体结构变异的基本类型;理解染色体组、二倍体、单倍体、多倍体的概念。
3.2 能力目标
培养运用图形说明或阐释抽象知识能力;培养运用生物学相关概念建构概念图能力;培养观察能力和准确语言表达能力;培养合作学习能力。
3.3 情感、态度与价值观目标
认识生命现象的多样性和复杂性，激发探究生命现象的兴趣;理解科学、技术和社会之间的关系。
4 教学策略
根据本节教学内容的特点，笔者应用了多轮认知教学策略展开教学，采用概念教学设计。教师以学生原有的概念为教学的起点，以概念转变过程为模型，以概念图为工具，通过利用实例，使用事实，对事实的分析，帮助学生获得“染色体结构变异”“染色体数目变异”“染色体组”等概念，再通过相关概念的比较、归纳获得“二倍体”“单倍体”“多倍体”等概念。在概念学习过程中，教师引导学生主动地建构知识，使得学生认知结构的多轮次的持续改造，促使学生的知识结构、能力结构和心理过程得以不断优化。基本教学流程如图1所示。
5 教学过程
5.1 初识新课知识结构
教师按照表1所示，指导学生在课前通过自学教材和参考资料，分类整理新课中的学习材料。
设计意图：通过引导学生预习教材单元内容，对所学内容进行研读和分解，为下一步的学习做好准备。
5.2 检视原有认知结构
指导学生根据自己原有的认知和对新教材的初步学习，尝试画出概念图。教师查看学生建构的概念图。
设计意图：原有认知是获取新认知的基础，教学的起点自然是要弄清学生已经知道什么和还不知道什么。学生通过概念图形式将已有认知结构表征出来，在学习新课之前，教师弄清学生已经具备了什么样的认知结构，学生需要习得哪些必需的前期知识，从而找准教学起点，为下一步的教学提供依据。
5.3 打破原有认知结构
教师投影展示图2和图3，引导学生观察，展开讨论：
（1） 图2和图3中两条染色体都是同源染色体吗？（2） 这两幅图发生什么变化？（3） 是否都发生基因重组？
设计意图： 通过上节内容“基因重组”学习，学生认识了基因重组的实质，利用学生原有的认知结构状态，呈现“染色体易位”图解，让学生展开讨论和辨别，发现两者的区别，打破学生原有认知结构，出现“认知失衡”状态，使学生产生认知冲突，激发求知欲望，让学生产生不满足感和急于获取新知的积极心向。
5.4 建立新的认知结构
5.4.1 染色体结构变异
通过上例，让学生了解可遗传变异有前面学习的基因突变和基因重组外，还有在光学显微镜下可见的变异――染色体变异，染色体变异包括染色体数目变异和染色体结构变异。
教师播放PPT显示染色体缺失、重复、易位和倒位的动态变化，要求学生观察和描述这些染色体结构发生的变异。教师再归纳出染色体缺失、重复、易位和倒位的特点，用PPT显示染色体异常的代表例子和变异导致的影响，进一步帮助学生对染色体结构变异的理解。在学习过程中，对于学生易混淆的知识点，例如染色体结构变异中“重复”与基因突变中的“增添”;染色体结构变异中“易位”与基因重组的“交叉互换”，教师需要加以点拨，帮助学生深入理解基因突变、基因重组与染色体结构变异的概念内涵以及三者间的区别。
教师引导学生初步构建染色体变异概念图。
设计意图：通过观察图片和动画，形象直观地说明染色体结构变异的类型，再通过教师的引导和点拨，对染色体结构变异由感性认识上升到理性认识。学生同时也获得新概念：可遗传变异有基因突变、基因重组和染色体变异;染色体结构变异有缺失、重复、易位和倒位这四种类型。学生通过概念图的构建对染色体变异有初步的认识，并加深对染色体结构变异概念的理解。
5.4.2 染色体组概念
活动一：用PPT展示教科书P86图5-8雌雄果蝇体细胞的染色体图解。观察后，小组讨论以下问题：①雌、雄果蝇体细胞中各有几条染色体？②有几对同源染色体？哪些染色体互为同源染色体？③雌雄个体所含的性染色体有何不同？ 活动二：播放“减数分裂过程”动画，以雌果蝇体细胞的染色体图解，请学生画出雌果蝇的配子染色体图解。观察后，小组讨论以下问题：①果蝇卵细胞中有哪几条染色体？②这些染色体在形态、大小和功能上有什么特点？这些染色体之间是什么关系？
活动三：用PPT展示雌果蝇体细胞的染色体上基因（图4），请学生根据所学的基因分离和自由组合定律实质，在雌果蝇配子染色体上标注基因。讨论：它们是否携带着控制生物生长发育的全部遗传信息？
经过3个讨论活动，师生共同探讨，由学生总结出染色体组的概念：细胞中的一组非同源染色体，它们在形态和功能上各不相同，但又相互协调，共同控制生物生长、发育、遗传和变异的全部信息，这样的一组染色体，叫做一个染色体组。
设计意图：染色体组的概念较为复杂和抽象，如果直接讲述，学生是很难理解其实质。教师提供生物学事实以支撑，从雌雄果蝇体细胞和生殖细胞的染色体的形态和数目分析入手，设置一系列的问题情境，通过联系以前所学的知识，主动参与概念的形成、分析、运用和辨析，帮助学生认识染色体组的概念。这是一个从感性认识上升到理性认识过程，学生能够理解相关生物学事实的总体特征，建构新的概念。
5.4.3 单倍体、二倍体、多倍体的概念
教师用PPT展示单倍体雄蜂、二倍体葡萄和多倍体葡萄的实例和相关资料，让学生结合预习教材内容，讨论和归纳单倍体、二倍体、多倍体的概念以及其他相关内容（表2）。
设计意图：在掌握“染色体组”概念的内涵和外延后，回归到果蝇体细胞的染色体组成。在学生独立思考、小组讨论、汇报交流过程中，完成对二倍体、多倍体、单倍体的概念学习，通过概念间横向的比较，加深学生对概念的理解。
5.5 巩固新的认知结构
5.5.1 构建新概念图
新的认知结构建立起来后，需要及时巩固，教师引导学生提取概念的核心词，完成概念图，以加深学生对概念的理解。在构建概念图过程中，不同的学生也可能存在理解偏差，建构出来的概念图也存在差异教师在巡看过程中，发现学生错误及时地反馈。最后，组织学生将建构出来的概念图进行分享和交流。
设计意图：学生习得新概念后，及时通过精加工策略来将新旧知识整合起来形成新的认知结构，并用概念图表征出来。通过概念图的形式，将小的知识结构合并为大的知识结构，并增进知识之间的联系性，以建立更为牢固的概念系统。
通过师生间、生生间的讨论和交流，让更多的学生进行相互的学习和借鉴，使之成为一种有效的学习途径，也有助于促进教师的教学。
5.5.2 实践中巩固概念
习题略。
设计意图：概念获得后，需要及时的巩固。在实践中运用概念，是概念的具体化过程;而概念的每一次具体化，都会使概念进一步丰富和深化，对概念的理解就更加全面、更加深刻。
6 教学反思
在应用多轮认知教学策略的概念教学，学生对概念的理解比较深刻，在实践中得以合理的应用和迁移。从学生的认知规律出发，以学生原有的概念为教学的起点，通过利用实例，使用事实，对事实的分析，帮助学生建构新的概念，学生在建构概念图过程中对原有知识进行内省、分析、重新评价和组织，进行有意义的知识体系的建构。同时，教师的教学重心从讲授事实转移到使用事实，学生的学习重心从记忆事实转移到理解可迁移的核心概念，促使学生的知识结构、能力结构和心理过程得以不断优化，提高了学生的思维品质。