素材：基因突變和其他變異系統(tǒng)化單元學(xué)習(xí)設(shè)計(jì) 高一下學(xué)期生物人教版必修2

基因突變和其他變異系統(tǒng)化單元學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)“基因突變和其他變異”是人教2019版高中生物學(xué)必修二的內(nèi)容。單元學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)指通過(guò)創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境，圍繞某個(gè)特定的主題或目標(biāo)，將相關(guān)的學(xué)科知識(shí)進(jìn)行重新整合，引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷一個(gè)相對(duì)完整的知識(shí)創(chuàng)生的過(guò)程。1．精選重要概念為單元主題。重構(gòu)單元內(nèi)容1．1提高設(shè)計(jì)站位，選取重要概念作為主題深度學(xué)習(xí)提倡將新概念與已知概念和原理聯(lián)系起來(lái)，整合到原有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)中，從而引起對(duì)新的知識(shí)信息的理解、長(zhǎng)期保持及遷移應(yīng)用。教師教育活動(dòng)按“核心素養(yǎng)一課程標(biāo)準(zhǔn)一單元設(shè)計(jì)一學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)”開展。相較于課時(shí)設(shè)計(jì)，單元設(shè)計(jì)圍繞某個(gè)主題展開，更容易讓學(xué)生進(jìn)行更整體化和結(jié)構(gòu)化的學(xué)習(xí)，使學(xué)習(xí)從知識(shí)點(diǎn)走向知識(shí)結(jié)構(gòu)。結(jié)合課程標(biāo)準(zhǔn)中的核心概念，厘清必修2模塊的單元邏輯。必修2“遺傳與變異”模塊由2個(gè)核心概念構(gòu)成，包含5個(gè)重要概念，涉及遺傳的規(guī)律、遺傳的細(xì)胞基礎(chǔ)、遺傳的分子基礎(chǔ)、生物的變異，最后提煉進(jìn)化觀。生物的變異承接遺傳概念，以可遺傳變異為核心組織了學(xué)習(xí)內(nèi)容，是形成進(jìn)化觀的基礎(chǔ)。故以重要概念“由基因突變、染色體變異和基因重組引起的變異是可以遺傳的”為主題，符合教材的學(xué)科知識(shí)邏輯，從學(xué)生的遺傳認(rèn)知出發(fā)，有利于實(shí)現(xiàn)重要概念的內(nèi)化、順應(yīng)、平衡，形成生命觀念。1．2結(jié)構(gòu)化和意義化單元知識(shí)，促進(jìn)學(xué)習(xí)整體化深度學(xué)習(xí)的內(nèi)容特點(diǎn)是基于問(wèn)題的多維知識(shí)整合，在進(jìn)行單元設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)教材進(jìn)行全面分析、深入挖掘、靈活整合，以問(wèn)題進(jìn)行引領(lǐng)，將孤立的知識(shí)要素聯(lián)接起來(lái)，按邏輯關(guān)系呈現(xiàn)有內(nèi)在關(guān)聯(lián)的結(jié)構(gòu)化、意義化的內(nèi)容。本章分3節(jié)：第1節(jié)“基因突變和基因重組”，第2節(jié)“染色體變異”，第3節(jié)“人類遺傳病”。充分按照學(xué)科的知識(shí)本質(zhì)和學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，將單元內(nèi)容以概念與概念應(yīng)用的邏輯進(jìn)行重構(gòu)(圖1)。本單元的學(xué)科知識(shí)本質(zhì)是“遺傳的精確性是相對(duì)的，偶爾的錯(cuò)誤會(huì)導(dǎo)致變異，對(duì)個(gè)體可能帶來(lái)嚴(yán)重后果，但從整體和長(zhǎng)遠(yuǎn)的角度，變異為生物進(jìn)化提供了原材料”。所以提出兩個(gè)問(wèn)題：“細(xì)胞分裂中染色體平均分配，DNA通過(guò)堿基互補(bǔ)配對(duì)實(shí)現(xiàn)精確復(fù)制，但這個(gè)機(jī)制如果出錯(cuò)，會(huì)導(dǎo)致什么后果?”“可遺傳變異對(duì)個(gè)體和物種進(jìn)化有什么影響?”通過(guò)問(wèn)題引導(dǎo)學(xué)生辯證地分析生命的過(guò)程、結(jié)果和意義，辯證地認(rèn)識(shí)自然和社會(huì)。第1、2節(jié)內(nèi)容被劃分為3個(gè)并列關(guān)系的次位概念，回答第1個(gè)問(wèn)題，共同支持重要概念。在第2個(gè)問(wèn)題的基礎(chǔ)上延伸人類遺傳病和育種方法的內(nèi)容，形成概念應(yīng)用的內(nèi)容。深度學(xué)習(xí)實(shí)質(zhì)上是知識(shí)意義的建構(gòu)過(guò)程，須對(duì)前知識(shí)和新知識(shí)進(jìn)行有效和精細(xì)的深度加工。本單元中心設(shè)計(jì)思想著眼于變異主題下概念之間的內(nèi)在聯(lián)系；縱向加深單元內(nèi)容層次，內(nèi)容框架中蘊(yùn)含著“遺傳一變異一進(jìn)化”三者的關(guān)系；橫向拓寬單元設(shè)計(jì)廣度，在人類遺傳病的檢測(cè)和預(yù)防可拓展至基因檢測(cè)和基因治療等生物學(xué)前沿技術(shù)。同時(shí)，將整個(gè)單元視作一個(gè)整體，一次性完成設(shè)計(jì)，使得方案的系統(tǒng)性更強(qiáng)，有利于課時(shí)與課時(shí)間的銜接和思維統(tǒng)整，為深度學(xué)習(xí)的發(fā)生創(chuàng)造條件。2．確立核心素養(yǎng)為單元目標(biāo)。彰顯育人價(jià)值深度學(xué)習(xí)并不停留于學(xué)生高階思維的培養(yǎng)，而是進(jìn)一步指向培養(yǎng)能夠創(chuàng)造美好未來(lái)的社會(huì)歷史實(shí)踐的主人，指向?qū)W生核心素養(yǎng)的發(fā)展。單元設(shè)計(jì)的目標(biāo)是將核心素養(yǎng)分解為學(xué)生的知識(shí)學(xué)習(xí)、能力提升和價(jià)值觀念等方面的具體行為。根據(jù)單元主題提出兩大目標(biāo)：目標(biāo)1基于證據(jù)，論證可遺傳的變異來(lái)自基因重組、基因突變和染色體變異(科學(xué)思維、科學(xué)探究)；目標(biāo)2運(yùn)用調(diào)查常見遺傳病的方法，設(shè)計(jì)調(diào)查人群中某種遺傳病的方案(科學(xué)探究)，運(yùn)用遺傳與變異的觀點(diǎn)解釋常規(guī)遺傳技術(shù)在育種、人類遺傳病的預(yù)防等生產(chǎn)生活的運(yùn)用(生命觀念、社會(huì)責(zé)任)。將大目標(biāo)分解成以下小目標(biāo)。目標(biāo)1：①用鐮刀型貧血癥資料概述基因突變的概念，分析基因突變的類型、特點(diǎn)和遺傳效應(yīng)；②通過(guò)分析實(shí)例描述細(xì)胞在某些化學(xué)物質(zhì)、物理因素和生物因素的作用下，可提高基因突變頻率；③以結(jié)腸癌發(fā)生模型概述細(xì)胞癌變與基因突變的關(guān)系；④通過(guò)比較分析兩對(duì)等位基因在非同源染色體上和同源染色體上時(shí)減數(shù)分裂產(chǎn)生的配子類型，概括基因重組形成的原因、特點(diǎn)；⑤以蜜蜂、栽培種馬鈴薯為例，解釋染色體組的概念，簡(jiǎn)述多倍體和單倍體的特征和來(lái)源；⑥舉例說(shuō)明染色體結(jié)構(gòu)和數(shù)量的改變，可導(dǎo)致生物性狀的變異，形成染色體變異的概念。目標(biāo)2：①通過(guò)分析水稻培育史，舉例說(shuō)明基因突變和基因重組在育種中的應(yīng)用；②通過(guò)分析無(wú)子西瓜和純合子單倍體育種，舉例說(shuō)明染色體變異在多倍體育種和多倍體育種的應(yīng)用；③用具體實(shí)例概述人類遺傳病的概念和主要類型，調(diào)查常見的人類遺傳病，舉例說(shuō)明人類遺傳病的檢測(cè)和預(yù)防。概念學(xué)習(xí)活動(dòng)是發(fā)展素養(yǎng)的載體，學(xué)生通過(guò)深度學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)知識(shí)背后的邏輯、思維與意義的再生，進(jìn)而整合在運(yùn)用和解決問(wèn)題之中，發(fā)展關(guān)鍵能力、必備品格與價(jià)值觀念。單元設(shè)計(jì)時(shí)，教師挖掘?qū)W科知識(shí)背后的隱性價(jià)值，創(chuàng)設(shè)學(xué)生主動(dòng)的學(xué)習(xí)活動(dòng)，釋放學(xué)科的育人價(jià)值，如染色體變異是基于大量事實(shí)證據(jù)，學(xué)生運(yùn)用抽象、概括等科學(xué)思維形成的；肺癌的發(fā)生與吸煙的相關(guān)性的思維訓(xùn)練滲透著健康生活的社會(huì)責(zé)任；進(jìn)行鐮刀型貧血癥基因在瘧疾高發(fā)地的分析體現(xiàn)著適應(yīng)環(huán)境的生命觀念等。3．實(shí)施“5E”環(huán)節(jié)單元活動(dòng)，優(yōu)化學(xué)習(xí)過(guò)程3．1“5E”教學(xué)模式設(shè)計(jì)活動(dòng)，深度建構(gòu)概念按照單元主題結(jié)構(gòu)組織課時(shí)教學(xué)內(nèi)容后，通過(guò)“5E”教學(xué)模式將抽象的教材知識(shí)轉(zhuǎn)化為學(xué)生的學(xué)習(xí)材料，創(chuàng)設(shè)活動(dòng)。以第1課時(shí)“基因突變”說(shuō)明：引入環(huán)節(jié)，學(xué)生討論“細(xì)胞分裂中染色體平均分配，DNA通過(guò)堿基互補(bǔ)配對(duì)實(shí)現(xiàn)精確復(fù)制，但這個(gè)機(jī)制如果出錯(cuò)，會(huì)導(dǎo)致什么后果”，從學(xué)生認(rèn)知基礎(chǔ)引發(fā)認(rèn)知沖突；探究環(huán)節(jié)，提供資料鐮刀型貧血癥的資料，學(xué)生分析兩個(gè)問(wèn)題“鐮刀型貧血癥能否遺傳”和“如果該基因發(fā)生堿基的增添或缺失，氨基酸序列和所對(duì)應(yīng)的性狀是否發(fā)生改變”，學(xué)生自主運(yùn)用分析思維在已有認(rèn)知的基礎(chǔ)上順化概念；解釋環(huán)節(jié)，學(xué)生討論并概括基因突變的類型、特點(diǎn)和遺傳效應(yīng)，在表達(dá)觀點(diǎn)過(guò)程中主動(dòng)建構(gòu)概念；精致環(huán)節(jié)，以“x射線使果蠅和玉米突變?cè)黾印焙汀胺侵薤懠哺甙l(fā)地流行鐮刀型貧血癥”情境分析基因突變的原因和意義；評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)，提供材料(結(jié)腸癌發(fā)生模型和原癌基因與抑癌基因的資料)，學(xué)生運(yùn)用基因突變的概念分析細(xì)胞癌變的過(guò)程和結(jié)果。將癌變作為基因突變?cè)磉\(yùn)用的情境，評(píng)測(cè)學(xué)生是否能運(yùn)用基因突變概念。其他課時(shí)的活動(dòng)設(shè)計(jì)見表l?！?E”教學(xué)模式以問(wèn)題為引導(dǎo)，創(chuàng)設(shè)能夠促進(jìn)深度學(xué)習(xí)的課堂情境，如探究和精致環(huán)節(jié)的鐮刀貧血癥、評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)的結(jié)腸癌模型等，引導(dǎo)學(xué)生積極體驗(yàn)，最終達(dá)到將所學(xué)知識(shí)與情境建立聯(lián)系并實(shí)現(xiàn)遷移的目的。

教師從單元角度統(tǒng)籌課時(shí)內(nèi)容，課前遵循“5E”教學(xué)模式精心設(shè)計(jì)活動(dòng)，課內(nèi)充當(dāng)一個(gè)引導(dǎo)者和幫助者。這樣做促成了學(xué)生在認(rèn)知沖突的生物學(xué)情境中，以多樣化的學(xué)習(xí)活動(dòng)(討論、分析、實(shí)驗(yàn)等)展開探究，實(shí)質(zhì)性地理解學(xué)科知識(shí)，在解釋環(huán)節(jié)明確概念，并在精致和評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)中遷移運(yùn)用概念和原理，進(jìn)而真正實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí)。3．2精心設(shè)計(jì)精致環(huán)節(jié)活動(dòng)，注重知識(shí)遷移應(yīng)用深度學(xué)習(xí)應(yīng)確保學(xué)生能夠徹底地理解內(nèi)容知識(shí)，并能夠識(shí)別何時(shí)、如何和為什么運(yùn)用這些內(nèi)容知識(shí)去解決新的問(wèn)題。因此在基于“5E”教學(xué)模式的教學(xué)中，除按照傳統(tǒng)注重核心的探究環(huán)節(jié)外，精致環(huán)節(jié)同樣是學(xué)生開展學(xué)習(xí)活動(dòng)的重要載體。在精致環(huán)節(jié)，引入新情境進(jìn)行知識(shí)的遷移應(yīng)用也是建構(gòu)概念的重要環(huán)節(jié)。如“基因重組”的精致環(huán)節(jié)，遷移應(yīng)用基因重組原理分析R型菌與s型菌DNA混合后出現(xiàn)s型菌的實(shí)驗(yàn)，拓寬基因重組概念內(nèi)涵，延伸到基因工程技術(shù)本質(zhì)?！叭旧w變異”的精致環(huán)節(jié)，以低溫誘導(dǎo)細(xì)胞染色體加倍的實(shí)驗(yàn)結(jié)果作為素材，將染色體變異的類型和細(xì)胞分裂的知識(shí)遷移應(yīng)用在“分析染色體發(fā)生變異的原因”的任務(wù)中。在深度學(xué)習(xí)中“遷移與應(yīng)用”是重要的學(xué)習(xí)方式?！斑w移”是經(jīng)驗(yàn)的擴(kuò)展與提升，“應(yīng)用”是將內(nèi)化知識(shí)外顯化的過(guò)程，是抽象概念具體化的過(guò)程，是知識(shí)活化的標(biāo)志。通過(guò)精心設(shè)計(jì)“5E”教學(xué)模式的精致環(huán)節(jié)，注重在學(xué)習(xí)活動(dòng)中概念的遷移應(yīng)用，有利于真正實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí)。4．創(chuàng)設(shè)情境活動(dòng)為單元評(píng)價(jià)，落實(shí)“教一學(xué)一評(píng)”一致持續(xù)性評(píng)價(jià)是引導(dǎo)學(xué)生深度反思自己的學(xué)習(xí)狀況并及時(shí)調(diào)整學(xué)習(xí)策略、實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí)的有效途徑。以發(fā)展素養(yǎng)為目標(biāo)，自然以素養(yǎng)為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，所以評(píng)價(jià)形式以新情境為載體，體現(xiàn)學(xué)生是否在正確價(jià)值觀念指導(dǎo)下，是否合理運(yùn)用生物學(xué)思維，是否有效整合新獲得的生物學(xué)相關(guān)知識(shí)，是否高質(zhì)量地分析問(wèn)題、解決問(wèn)題?！?E”教學(xué)模式中本就有評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)，將評(píng)價(jià)任務(wù)嵌入教學(xué)過(guò)程中，評(píng)價(jià)活動(dòng)成為學(xué)習(xí)過(guò)程的一部分，及時(shí)反饋當(dāng)堂所學(xué)概念的掌握情況。每課時(shí)的評(píng)價(jià)任務(wù)皆以情境展開，形式多樣。評(píng)價(jià)任務(wù)1為紙筆性評(píng)價(jià)，提供結(jié)腸癌發(fā)生模型和原癌基因與抑癌基因的資料，學(xué)生作答以下4個(gè)問(wèn)題：①判斷健康人細(xì)胞是否存在原癌基因和抑癌基因，說(shuō)明理由；②從基因角度看，結(jié)腸癌發(fā)生的原因是什么?③根據(jù)圖示推測(cè)，癌細(xì)胞與正常細(xì)胞相比，具有哪些明顯的特點(diǎn)?④運(yùn)用基因突變的基本原理分析出致癌因子。經(jīng)歷此評(píng)價(jià)任務(wù)，學(xué)生運(yùn)用基因突變的概念分析細(xì)胞癌變的過(guò)程和結(jié)果。評(píng)價(jià)任務(wù)4的形式為調(diào)查報(bào)告。通過(guò)查閱