高中生物遗传与进化模块核心概念的

1、高中生物“遗传与进化”模块核心概念的构建与教学策略刘峰北京市中关村中学 北京100083 高中生物“遗传与进化”模块核心概念的构建与教学策略刘峰北京市中关村中学 北京100083摘要：普通高中生物课程标准（实验）“遗传与进化”模块的内容体系，是一个以科学事实或概念作为逻辑起点描述遗传学的理论，同时，遗传学的发展，为进化的研究提供了逻辑基础。本文就“遗传与进化”模块核心概念为出发点，利用生物学的理科特性，结合新课程标准中对于培养学生学科素养的要求，探讨了模块核心概念的构建，充分利用核心概念组织和实施高中生物新课程的教学策略，进而高效培养学生的生物学素养。关键词：高中生物; 核心概念；“遗传与进化

2、”；构建普通高中生物课程标准在课程目标的知识目标中要求学生“获得生物学基本事实、概念、原理、规律和模型等方面的基础知识”。高中生物课程标准中这些要求无疑传递了这样一个重要信息：新课程绝不是轻视知识，也不是要降低对知识教育的要求，而是要求重视“核心概念”的教学，简而言之，即由追求对繁杂的生物学事实性知识的记忆，转向对“核心概念”的深层次理解，体现了国际科学教育“少而精”的原则。一、对核心概念的理解概念是指以最简洁的语言概括事物的本质属性。生物学概念是反映生命现象和生命活动规律本质属性的一种思维形式，作为生物学知识结构的基本要素之一，构成学生学习内容的基本骨架，是学生进行生物学学习和思维的基本单位

3、。“学科概念汇集于核心概念;核心概念统摄于学科主题;学科主题蕴涵着学科思想;学科思想反映着学科思维;学科思想纳入科学主题组;这是我们深入教学的底蕴;也是我们引导建构的核心”（赵景春）。核心概念应该是课程标准的核心部分，是课程标准的心脏。核心概念应是指超越于零散的事实和技能而集中在具体概念、原理和过程上；是学生忘掉一些学过的具体事物之后，仍然能长期保留的广泛而重要的理解。既然是核心概念，那它一定具有统领具体概念的作用，因为具体概念接近于或等于事实性概念，而核心概念则是超越于事实性概念的观念。二、“遗传与进化”模块核心概念的构建普通高中生物课程标准（实验）对“遗传与进化”模块的知识体系，没有按遗传

4、学和进化论的发展历史线索构建，而以逻辑线索构建，形成“遗传与进化”的体系。先提供不容置疑的科学事实或具体概念作为起点，然后主要通过判断、推理、证明来构建核心概念。（一）模块概念体系的构建1专题1“遗传的细胞基础”现代遗传学的第一个起点是有性生殖细胞的形成和受精作用（特别是这些过程中染色体的变化），因此，标准安排了“举例说明配子的形成过程”和“举例说明受精过程”这两个知识点，重点在“阐明细胞的减数分裂并模拟分裂过程中染色体的变化”。2专题2“遗传的分子基础”第二个起点：其中的“总结人类对遗传物质的探索过程”“概述DNA分子结构的主要特点”这两个知识点，说明DNA是主要的遗传物质，每个染色体都是由

5、特定的DNA链和蛋白质组成的。3分子遗传学的中心法则第三个起点：围绕中心法则，“专题2.遗传的分子基础”安排了“说明基因和遗传信息的关系”“概述DNA分子的复制”“概述遗传信息的转录和翻译”等内容。4得出第一个理论“专题3.遗传的基本规律”先通过“分析孟德尔遗传实验的科学方法”，然后以上述三个起点为基础，来“阐明基因的分离规律和自由组合规律”。这里的证明和“分子与细胞”模块不同，那里是通过“使用显微镜观察多种多样的细胞”等活动来证明没有反例，而这里是通过“专题1.遗传的细胞基础”和“专题2.遗传的分子基础”，来阐明基因的分离规律和自由组合规律的内在必然性。5.得出第二个理论“专题4.生物的变异

6、”以前述三个起点为基础，再根据遗传的基本规律进行推理，便可“举例说出基因重组及其意义”“举例说明基因突变的特征和原因”“简述染色体结构变异和数目变异”。6.从遗传学出发讨论进化问题从遗传学出发来讨论进化机理，主要在小进化的范畴。所以安排了“用数学方法讨论基因频率的变化”的活动建议。然而小进化能否说明大进化，还有许多争议，所以标准只是要求通过“搜集生物进化理论发展的资料”活动，“说明现代生物进化理论的主要内容”。（二）模块核心概念的确立遗传，作为重要的生命特征之一，是指生物在通过生殖所进行的种族繁衍过程中，表现出来的世代间的相似现象。众所周知，生物的生殖过程，在一定意义上，其实质就是遗传物质在上

7、下代之间的传递过程，即亲代将其遗传物质，通过一定的方式传递给子代，并使之表达亲代的性状。遗传学的发展，不仅是对遗传物质的本质和作用机理的认识过程，也是对遗传物质传递方式的证明过程。纵观遗传学的发展历史，其每一步发展，都是对传统遗传概念的进一步确认和肯定。孟德尔在其著名的植物杂交试验中，首次作出了基因(遗传因子)决定生物遗传性状的科学论断；指出：基因是在世代相传过程中可以观察到为一个个相对独立的实体。他自觉或不自觉地认定：性状的遗传是一种世代间的传递形式。摩尔根通过其卓越的研究工作，在创立染色体遗传理论的同时，也继承了孟德尔的遗传概念。此后，生化遗传学的发展，特别是1953年以Watson-Cr

8、ick “DNA双螺旋结构”模型的提出为标志的现代分子遗传学，阐明了基因的化学本质，基因的表达和基因的作用机理以及基因的分子结构，使传统的遗传概念得到进一步的肯定。勿庸置疑，大量事实证明，经典的“传递”概念是生物遗传的主要形式。遗传的实质是遗传物质的信息传递和表达过程, 换而言之, 遗传的核心问题就是遗传物质信息流动的问题, 它包括信息编码、信息传递、信息稳定性和信息变异等问题，而信息传递可以发生在两个水平上： 其一是个体水平，其二是细胞水平。 再看遗传物质传递在进化过程中的意义。关于生物进化的理论可归为三个：第一个是拉马克的获得性状遗传学说，第二个是达尔文的自然选择学说，第三个是木村(Mot

9、oo Kimura)的中性突变学说。前者由于缺乏实验证据而成为历史，而后者的理论基础都是建立在遗传物质的变异基础上。遗传变异主要有两个来源，一是通过有性生殖引起的基因重组，一是由于突变。前者是通过遗传物质的传递过程实现的，而后者是由于生物体内现有的遗传物质发生了改变，包括染色体畸变和基因突变。我们绝不能忽视由于遗传物质的传递而造成受体遗传物质发生变异的现象。事实上，遗传工程技术仅是通过人为的方式模拟自然发生的遗传物质的传递过程，或者提高遗传物质传递的速度。一般而言，遗传物质的传递与突变一样对个体的影响是局部的，但是当他们积累到一定程度，个体将发生质的变化，形成新种。传递的遗传物质如突变一样也要

10、受到环境的选择，优良性状被保留，而不良性状被淘汰。总之，遗传物质的传递是个体遗传变异的一种途径。综上所述，遗传是遗传物质传递和表达的过程。遗传是通过生殖实现，或者是通过载体完成。遗传物质的传递中遗传物质的变异, 是促进物种进化的遗传因素之一。故“遗传物质在环境中的传递和表达”是“遗传和进化”模块的核心概念。如果借鉴诺瓦克和高文（）的概念图来说明本模块的概念层次（如下图），染色体、DNA、基因、性状在模块中属于一般概念，相对性状、等位基因、表现型、基因型、相对性状、显性性状、隐性性状、纯合子、杂合子等为具体概念。在这个模块中，“染色体DNA基因性状” 这一系列的一般概念一环扣一环的构成模块的概念

11、主线。首先具体概念之间存在联系，如相对性状、等位基因、表现型、基因型等具体概念为模块的概念主线提供内在的联系。其次具体概念之间主要反映客观事物内部各个组成部分之间的从属关系，如相对性状与显性性状、隐性性状之间，基因型与纯合子、杂合子之间的联系；再者具体概念反映客观事物的发展顺序以及人类认识的发展历史相一致，如相对性状与分离现象、自由组合现象、等位基因与基因的分离规律之间的联系（如上模块概念图）。孟德尔正是从豌豆大量具体的遗传性状（如花的颜色、子叶是否饱满、植株的高矮等）中，抽象出“相对性状”的概念，并进一步把它区分为“显性性状”和“隐性性状”。第二步，是运用概念进行判断和推理，建构规律、原理，

12、就是从“抽象的规定”上升为“思维中的具体”。“思维中的具体”不同于“感性上的具体”，感性材料已不再是各种事实的混沌的总和，而是受一定规律支配的有组织的知识。孟德尔就是依据显性性状和隐性性状等具体概念，总结出了分离现象和自由组合现象。整个过程是一个归纳推理的过程：前提是若干科学事实，结论是从前提中通过推理得到一般规律。其过程在实质上是一个需要概念思维和表象思维参与的过程。认识了分离现象和自由组合现象后，孟德尔没有停步，他开始建立遗传因子假说。在科学研究中，当对科学事实的认识达到一定程度后，就必须通过理论思维的能动作用，运用各种理论思维方法进行整理和加工，建立科学假说。由此可见，孟德尔工作的开拓性

13、，除了正确选择材料和采用统计方法，更重要的是巧妙地抽象出科学概念，建立假说，创造符号体系予以表达并与有计划的实验相结合。正是这种方法的建立使遗传学不断取得进展并成为一门真正的科学。三、模块核心概念教学策略在“遗传和进化”模块体系中，模块核心概念占主导地位，一般概念和具体概念是为理解核心概念起支撑作用的。很多一般概念和具体概念承上启下，反映一定的基本原理和规律，运用得好，不仅对某些生物学问题进行理解、作出合理判断和推出正确结论的基础有很大帮助，而且对学生逻辑思维能力的培养和教学质量的提高有突出意义。模块核心概念教学策略的原则是一般概念和具体概念的教学是围绕核心概念展开，为学科主题和学科思想服务。

14、开展核心概念教学的目标是学生忘掉一些学过的具体事物之后，仍然能长期保留的广泛而重要的理解。（一）构析“遗传和进化”模块的核心概念的策略1.构析核心概念是进行教学的前提和关键要想正确地构析知识的核心概念，需要对知识有相当深度的了解和理解，并且在构析原理的时候要贴近学生生活实际，如果能够用到具体的实例说明问题的，就尽量选用学生熟知的实例。若是构析的概念比较抽象，学生在理解概念的时候就会很困难，对于课堂教学的进行就会很不利。2.完成从核心概念到一般概念和具体概念的关联有了事物的核心概念仅仅是教学的前提，如何将教材上的一般概念、具体概念与核心国内进行关联就是教学过程的关键部分，这种联系的建立不是强行安

15、插的，而是要合理的、流畅的。合理就是要符合学生思考方式，流畅就是要保证思维的连贯性，避免出现跳跃，因为核心概念教学是从具体概念到一般概念再到核心概念的，学生是从不了解不知道的状态自然而然过渡到知的状态，所以不应出现跳跃性思维的。例如：变异是生物个体间出现差异，这种差异是指表现型不同，表现型受到生物遗传物质和外界环境的共同影响，遗传物质分为核遗传物质和质遗传物质，依次顺延下去（如下图所示），就能够和基因突变、基因重组、染色体变异建立联系，不但顺畅，容易明了。3.引导是教学的关键，应用是提升核心概念的根本途径在课堂教学过程中，从核心概念出发通过思维活动完成对教材知识的联系，实现对事物的构析和概念的

16、形成，这个过程中教师要做的而且必须做好的是引导工作，教师的引导不仅是帮助学生实现思维活动的关键，而且使圈定学生思维活动范围的必需，因为思维并不是个天马行空的乱想瞎说，而是基于一定的理论依据。至于如何进行思维活动，那则是学生的事情，而且一定要成为学生的事情。在教师的引导过程中，既要关注预想（设想）的思维结果，又要关注在预想之外，但又有理论支撑的思维结果，而不能因为学生的思维活动超出了你的设想，就之不理或者粗暴扼杀。比如在无籽果实的培育中，学生提出曾经碰到过的一个习题，题目的关键点是有一个基因能够导致雄性花粉不育，他进而提出如果有基因会导致卵细胞或受精卵不育，也可以做到无籽果实，这种说法虽然在教材

17、中并没有出现，但这种说法有其理论依据，并且能够实现目的，就是就不能因自己没有设想到，而弃之不理，而是要引导学生做好分析。我们可以看到核心概念教学的最终目的是让学生在面对问题的时候，能够自己分析核心概念、构析事物完成自我学习，而这个问题不一定要是生物学上的问题，可以是其它学科或生活中遇到的问题，当然本文所言及的问题仅仅局限在生物学问题上，通过在生物学问题上的应用，使得学生具备迁移能力的素养。（二）、运用概念图，建立概念间的联系的策略概念图是一种将有关某一主题不同级别的概念或命题置于方框或圆圈内，再用各种连线将相关概念或命题连接，形成关于该主题的概念或命题网络。它包括节点、连线、连接词、层次四个基

18、本要素，节点是置于方框或圆圈中的概念，连线表示节点概念间的意义关系，连接词是置于连线上两个概念之间的意义联系词，层次是指关键概念置于顶层，一般概念位于其次，依次类推显示等级关系。遗传和进化是一个内在有着联系紧密的完整性.、系统性很强的知识体系，每一章节表面是独立的，实质上知识点之间存在着千丝万缕的联系，如果不能正确理解概念的本质，仅仅采取死记硬背的方式来学习，必然造成学生知识体系的零散、欠缺和不完整，给学生学习带来很大困难。通过让学生构筑概念图能很好地解决这个问题，能帮助学生构建核心概念。遗传和进化概念很多，绝大多数概念之间存在着千丝万缕的联系，但有些具体概念联系不易区分层次，有些概念由于学生

19、认知水平的限制还不能做到广泛联系，教师也不能为了概念图教学引入新概念从而加大学生负担，因此教师在使用概念图教学中应视情况而定。新授课中知识比较孤立，能联系的只有学生的经验和已有的知识，这样建立的概念图是不完整的，给学生的不是整体知识，因此是否适用概念图教学还有待同行的研究。利用概念图进行复习教学，能对概念进行有效整合，能利用概念之间同、异及内在联系实现知识的迁移和归纳。（三）、实现与核心概念直接关联的有效探究过程的策略1、巧设情境，引导学生提出与核心概念直接关联的问题“疑是思之始，学之端”（孔子语）。问题既是思维的起点，又是思维的动力。没有明确的科学问题就是没有目标，而没有目标的探究始终是停留

20、在感性认识阶段，而不能上升到理性阶段即形成科学概念乃至核心概念。可见与核心概念直接关联的“问题”对科学探究活动的重要性，当然科学问题也只能由学生在活动中遇到不解或矛盾时自己提出来，不应该、也不可能在教师的追问下“逼”出来。而矛盾是产生问题的母体，因此教师要想办法给学生设置困惑或矛盾。2、精选材料，引导学生做与核心概念直接关联的探究活动探究活动应该有足够的材料，足够材料的意义不在于每个学生都有每样材料，但学生应该都有在探究中起关键作用的材料。同时，提供的材料要能引起学生的兴趣。事实上，大多材料都能引起学生的兴趣，关键在于应该通过这些材料，带给不同水平的学生不同层次的体验和经历。另外，材料应该蕴涵着比较典型的科学概念的，能让学生的思维碰撞出火花。所以有结构的材料是学生展开探究的前提之一。例如要形成染色体组概念，给学生提供扑克牌，去掉大王和小王，分成相同花色的四组，每一组可以看成