遗传与进化模块教材分析

《遗传与进化》模块教材分析

课程教材研究所生物课程教材研究开发中心赵占良

《遗传与进化》是高中生物课程的三个必修模块之一。正如课程原则所指出的：“必修模块选择的是生物科学的核心内容，同时也是当代生物科学发展最快速、成果应用最广泛、与社会和个人生活关系最亲密的领域。所选内容能够协助学生从微观和宏观两个方面认识生命系统的物质和构造基础、发展和变化规律以及生命系统中各组分间的互相作用。因此，必修模块对于提高全体高中学生的生物科学素养含有不可或缺的作用。”要搞好本模块的教学，首先应当进一步理解本模块的意义和价值。一、学生学习本模块的意义和价值课程原则在“课程设计思路”中，对本模块的意义和价值，作了以下简要的概括：本模块“有助于学生认识生命的延续和发展，理解遗传和变异规律在生产生活中的应用；领悟假说演绎、建立模型等科学办法及其在科学研究中的应用；理解遗传和变异在物种繁衍过程中的对立统一，生物的遗传变异与环境变化在进化过程中的对立统一，形成生物进化观点。”课程原则在“内容原则”部分对本模块的意义和价值又作了进一步的叙述：“本模块选用的减数分裂和受精作用、DNA分子构造及其遗传基本功效、遗传和变异的基本原理及应用等知识，重要是从细胞水平和分子水平叙述生命的延续性；选用的当代生物进化理论和物种形成等知识，重要是阐明生物进化的过程和因素。学习本模块的内容，对于学生理解生命的延续和发展，认识生物界及生物多样性，形成生物进化的观点，树立对的的自然观有重要意义。同时，对于学生理解有关原理在增进经济与社会发展、增进人类健康等方面的价值，也是十分重要的。”分析课程原则的上述表述，结合“具体内容原则”和教材内容能够看出，本模块内容在知识、能力和情感态度价值观三个方面都含有独特的教育价值。在知识教育方面的价值对于本模块在知识教育方面的价值，还需要将本模块与另外两个必修模块作为一种整体来考虑。必修模块“所选内容能够协助学生从微观和宏观两个方面认识生命系统的物质和构造基础、发展和变化规律以及生命系统中各组分间的互相作用”，这是课程原则对必修模块内容的知识教育价值所做的高度概括，它明确指出了在高中生物必修课中，学生的认知对象是生命系统──涉及细胞、个体、群体、生态系统等各个层次；认知目的就是理解不同层次生命系统的物质和构造基础、发展和变化规律、各组分间的互相作用、系统与环境的互相作用。对这一认知目的的达成，三个必修模块各有其独特的作用。就本模块来说，重要是揭示生物在代代繁衍的过程中，遗传物质是如何传递和变化以及是如何起作用的，也能够说是从基因的视角来达成上述认知目的。在能力培养方面的价值课程标精拟定的能力目的涉及操作技能、信息能力和科学探究能力三个方面，尤为重视科学探究能力的培养。领悟和运用科学办法，对于发展科学探究能力至关重要，而不同模块在科学办法教育上现有共同之处，又有不同的侧重点。下面首先分析本模块在科学办法教育方面的独特价值。正如课程原则所指出的，本模块有助于学生“领悟假说演绎、建立模型等科学办法及其在科学研究中的应用”。这一表述明确指出了本模块在科学办法上的侧重点。就思维过程的办法论而言，归纳和演绎都是重要的科学办法，前者是从特殊事实中概括出普通原理的推理形式和思维办法，后者是从普通到特殊，根据一类事物都有的普通属性、关系、本质来推断该类中的个别事物所含有的属性、关系和本质的推理形式和思维办法。两者是互为补充、相辅相成的。从近代科学到当代科学，以观察（实验）—归纳为主的办法逐步让位给以假说—演绎为主的办法。这是由于当代科学从总体上来说，已经不是处在经验材料的收集阶段，而是处在高度的理论概括和演绎的阶段。由于数学、计算机科学等工具学科的发展，人们能够凭借这些工具提出假说，然后演绎出理论体系或具体推论，再通过观察和实验来检查。固然，在应用假说—演绎法时，仍需要以经验归纳法作补充，以一定的实验事实为根据。假说—演绎法的内容重要安排在本模块中，特别是在教材《遗传因子的发现》和《基因和染色体的关系》两章。在其它两个必修模块也有所涉及。模型办法也是当代生物科学研究的重要办法。《分子与细胞》模块侧重物理模型和概念模型的构建，如真核细胞三维构造模型和细胞膜的流动镶嵌模型；本模块侧重物理模型和数学模型的构建，如DNA分子的双螺旋构造模型、减数分裂中染色体数目和行为变化的模型和种群基因频率变化的数学模型；《稳态与环境》模块则进一步练习各类模型的构建。同其它两个模块同样，本模块的科学办法教育现有侧重点，又是全方位的。通过科学史的介绍和探究活动的安排，学生能够在逻辑推理（如归纳、演绎、类比）的训练、数学办法的运用、实验材料的选择、实验数据的解决等方面得到全方面提高。本模块安排的探究活动十分丰富，涉及实验3个、探究2个、模型建构2个、调查（课外实践）2个、资料分析（资料收集和分析）7个、思考与讨论16个、技能训练5个。通过这些探究活动，能够全方面提高学生的生物学实验操作技能、收集和解决信息的能力、科学探究能力。在情感态度价值观教育方面的价值本模块所蕴含的情感态度价值观内容十分丰富，根据课程原则的有关表述，并结合教材内容进行分析，重要涉及下列几个方面。对立统一的观点对立统一的观点是辩证唯物主义观点的重要构成部分。课程原则在“课程设计思路”中指出，本模块有助于学生“理解遗传和变异在物种繁衍过程中的对立统一，生物的遗传变异与环境变化在进化过程中的对立统一”。遗传和变异是一对矛盾，前者是指生物在传宗接代过程中遗传物质的稳定性，后者是指这一过程中遗传物质和性状的变化。遗传有助于有利变异的积累，变异则有助于生物适应环境的不停变化。没有遗传就不可能形成稳定的物种，没有变异就不会出现物种的分化。变是绝对的，不变是相对的；从量上比较，遗传的基因是大量的，变化的基因是少量的；少量的变异逐步积累，量变会引发质变，形成新的物种，因此，能够说变与不变在物种形成的过程中得到统一，在对环境的适应中得到统一。生物的遗传和变异与环境的变化是互相作用的，生物所产生的可遗传的变异，能否在繁衍过程中保存下来，取决于该变异对环境的适合度；生物又不是单纯地适应环境，它们所产生的变异，可能会影响环境的变化，造成生物与环境的共同进化，这就是遗传变异与环境变化在进化过程中的对立统一。另外，本模块还涉及生物的多样性与共同性的统一。从遗传角度看，全部的生物都共用一套遗传密码；从进化的角度看，全部生物都有着共同的来源。这些内容对于学生形成对立统一的观点都是十分重要的。生物进化的观点本模块对学生进一步形成生物进化的观点含有重要意义。尽管学生在初中阶段已经学过某些生物进化的知识，但由于遗传学知识基础的限制，不可能对生物进化的原理有进一步的理解，生物进化观点的建立还处在初级水平，面对进化论领域的不同观点还缺少鉴别能力。本模块在引导学生进一步学习有关遗传学知识的基础上，较进一步地介绍了当代生物进化理论，对达尔文进化论的巨大奉献和局限性也做了辩证的分析，这就有助于学生进一步确立生物进化的观点，提高对进化论领域的不同观点甚至伪科学论调的鉴别能力。科学态度和科学精神本模块教材中介绍了许多科学家在研究过程中体现出的科学态度和科学精神，例如孟德尔热爱科学、锲而不舍、勇于独立思考的精神，摩尔根尊重科学、勇于自我否认的精神，达尔文既能挑战传统观念，又能正视自己局限性的精神，等等。这对于学生养成科学态度和科学精神都有助益。科学技术价值观课程原则指出，本模块“对于学生理解有关原理在增进经济与社会发展、增进人类健康等方面的价值，也是十分重要的。”为体现课程原则的这一规定，教材中介绍了DNA指纹技术在刑侦和亲子鉴定等方面的应用、遗传病的监测和防止、遗传学原理在育种上的应用、基因工程的应用等内容。二、本模块教学内容的设计思路和呈现方式设计思路课程原则（特别是本模块的内容原则）是本模块教学内容设计的重要根据。总的设计思路是贯彻贯彻课程原则提出的基本理念，根据本模块的具体内容原则，结合学生的年纪特性、认知规律和教学实际，本着便于教和学的原则进行设计。重要涉及编排体系的设计、知识内容深广度的把握、培养科学探究能力的途径、STS教育思想的渗入等方面。编排体系的设计按照课程原则的规定，本模块应当涉及遗传的细胞基础、遗传的分子基础、遗传的基本规律、生物的变异、人类遗传病、生物的进化六部分内容。然而，课程原则规定的这六部分内容，并不意味着教材一定分成这样六章。如何拟定教材内容的编排体系和深广度，还要分析具体内容原则、活动建议，并且要考虑学生的认知规律。认真分析具体内容原则，能够看出它有几个值得注意的特点。·知识性目的的规定大多属于理解水平按所用知识性目的动词，具体内容原则中属于理解水平的有3项（举例说出、简述、列出），属于理解水平的有14项（阐明、阐明、概述、收集、举例阐明），属于应用水平的有2项（总结、分析），理解水平的条目占%以上。可见本模块的知识性目的的基本定位是理解。按照课程原则中的定义，理解是指把握内在逻辑联系，与已有知识建立联系，进行解释、推理、分辨、扩展，提供证据，收集和整顿信息。这既是对教材内容深广度的规定，也暗含了对教材内容编排体系的规定（如体现内在逻辑联系）。·重视科学的过程和办法在具体内容原则中，仅有的两项“应用”层次的条目都是有关科学的过程和办法的：一项是“总结人类对遗传物质的探索过程”，另一项是“分析孟德尔遗传实验的科学办法”。（在课程原则本模块的前言部分，还特别指出要让学生“体验科学家探索生物生殖、遗传和进化奥秘的过程”。）可见引导学生体验科学的过程和办法，是本模块的重要任务之一，也是拟定教材编排体系要重点考虑的问题之一。·关注科学技术与社会的联系在具体内容原则中，属于科学技术与社会联系范畴的内容有五项，占总条目数的%，其中一项使用知识性目的动词：“收集生物变异在育种上应用的事例”；四项使用情感性目的动词：“关注转基因生物和转基因食品的安全性”、“探讨人类遗传病的监测和防止”、“关注人类基因组计划及其意义”、“探讨生物进化观点对人们思想观念的影响”。如何体现科学技术和社会的联系，对学生进行情感态度价值观的教育，也是教材设计要考虑的重要问题。基于以上认识，本模块教材编排体系的设计有两点基本的考虑。第一，要让学生理解生物的遗传和进化，教学内容应当定位在基因水平。这是由于随着生物科学的发展，人们对遗传和进化的认识已经进一步到基因水平，遗传从本质上说是基因的代代相传，可遗传的变异从本质上说是生物体基因构成的变化，进化过程中物种的形成从本质上说是种群基因频率在自然选择作用下的定向变化。第二，教学内容的编排次序基本按照科学发展的历史进程来安排，从孟德尔到摩尔根再到沃森和克里克等，从拉马克达成尔文再到当代生物进化理论。这样既展示科学的过程和办法，又体现个体水平、细胞水平、分子水平的遗传学知识的内在逻辑联系（达成对知识的理解）；既能引导学生不停提出问题，分析和解决问题，尝试像科学家那样进行解释和推理（这同样是理解水平的知识性目的所规定的），又能从众多科学家体现出的科学精神、科学态度及其它优秀品质中多有感悟。一言以蔽之，本模块是以人类对基因的本质、功效及其当代应用的研究历程为根本展开的，让学生从浓郁的历史感中获取丰富的营养，又“厚今薄古”，突出分子遗传学和当代生物进化论的内容。

通过上图能够看出，本模块遗传部分的内容基本是循着人类认识基因之路展开的。这样学生学习遗传知识的过程，犹如亲历了一百数年来科学家孜孜以求的探索过程，会受到科学办法、科学态度和科学精神等多方面的启迪。尤为重要的是，每一章的学习都围绕一种核心问题展开，学习的过程也是解决问题的过程，这对于激发学生的学习爱好、转变学习方式、提高分析和解决问题的能力，都是非常重要的。知识内容深广度的把握教材根据课程原则的规定，知识内容的广度按具体内容原则的规定来把握，深度以理解水平为主。具体遵照下列原则。·把握基础性，体现先进性按照课程原则的规定，精选符合学生发展需求和认知水平的基础知识。知识内容的深难度总体上维持在现行高中生物教材的水平，避免出现深、难、重。为体现先进性，首先对基本概念和原理的叙述力求与当代生物科学相一致，如中心法则不局限于克里克提出的典型法则等；另首先以不同形式介绍生物科学的新进展，如DNA指纹技术、生物信息学、基因治疗等。·突出重点，点面结合，使知识内容层次分明知识内容以基本概念、原理和规律为重点，适宜兼顾某些拓展性内容。例如，教材中有关基因的内容，正文讲述的都是核基因，对质基因则以小字形式做了简朴介绍。为加强弹性，有些较深的内容安排为选学。·纵横衔接，增进知识网络的形成增进学生所学知识的构造化是知识教育的重要目的。教材重视协助学生梳理概念之间的联系，同时，重视与数学、物理、化学等学科的横向衔接。强化科学办法教育、培养科学探究能力的途径·安排丰富多样的科学探究活动，让学生通过活动体验过程，领悟和运用办法（见下表）。探究活动类型特点能力目的侧重点实验阐明材料用品、办法环节等培养操作技能和观察能力探究学生自行制订探究方案

学生自主探究的空间大全方面提高科学探究能力模型建构提供一定的指导，由学生动手动脑建构模型领悟和运用建构模型的办法资料分析提供让学生分析的资料培养信息解决能力资料收集和分析让学生收集资料培养信息收集和解决能力思考与讨论提出要讨论的问题培养思维能力技能训练就科学探究的某一环节创设情境，提出问题训练过程技能调查提出规定和提示，让学生到自然界或社会中进行调查培养调查能力·较多地介绍生物科学史的内容，特别是生物科学史上的典型案例。例如，通过分析孟德尔豌豆杂交实验，体会假说—演绎法的研究思路和数学办法的应用；通过分析萨顿的假说，体会类比推理的办法，等等。·激励学生主动思考和讨论。例如，有关孟德尔实验办法的启示，教材中未作正面讲述，而是安排“思考与讨论”活动，让学生围绕孟德尔的研究办法讨论实验材料的选择、实验流程的设计、对成果的统计分析、对推论的验证等一系列问题，从中领悟科学办法。STS教育思想的渗入通过教材展示给学生的生物学，是在先进的技术手段支持下不停成长的生物学，是通过技术而不停转化为现实生产力的生物学，是在广阔的社会背景中，对人类文明有着巨大推动作用，同时又可能产生某些负面影响和冲击的生物学。为此，教材首先介绍有关生物科学、技术和社会关系的资料，另首先还引导学生进一步探讨生物科学、技术和社会三者之间复杂的互动关系，理解科学的价值和局限性，养成热爱科学、尊重科学、理智地运用科学成果的情感和意识，树立人与自然和谐发展的观念，形成科学的价值观。呈现方式为体现上述设计思路，教材的呈现方式含有下列特点。重视与生活经验的联系，创设问题情境，驱动知识的建构借鉴故意义学习和建构主义学习理论，教材内容的表述不是从概念到概念，而是尽量从生活经验入手，创设较好的问题情境或悬念，激发学生的学习爱好，促使学生头脑中发生新知识与原有经验之间的联系，完毕知识的建构，同时也理解所学知识的价值。·每节都从“问题探讨”入手，该栏问题除出自科学史外，重要是从学生的生活经验中提炼。·不少章节采用问题串的形式，引导学生步步进一步地分析问题，解决问题，建构知识，发展能力。加强内容的引导性和开放性，增进探究性学习为增进学生形成主动、探究、合作的学习方式，教材变化传统的注入式写法，也未停留在典型的启发式写法上，而是引导学生提出问题、分析问题、通过多个途径谋求答案，在解决问题的思路和科学办法上加强点拨和引导。教材的引导性和开放性具体体现在下列几个方面：·有些问题，不是直接给出答案，而是让学生通过“资料分析”、“思考与讨论”、“探究”等活动谋求答案；·有些问题，并未叙述得面面俱到，而是提出规定，让学生自己收集信息；·“探究”的写法重在引导，具体方式是教材提供背景资料和提示，引导学生自主设计探究方案，并通过讨论题来引导学生总结和反思;·介绍生物科学上尚未解决的疑难问题或存在的争议，体现科学体系的开放性；·有些练习题的答案不惟一。改善教材编写模式，增进三维教学目的的达成这里所说编写模式是指章和节的版块和栏目的设计和编排方式。每章由章