談表觀遺傳的概念教學策略

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摘要：以深度學習理論指導“表觀遺傳”概念教學，通過創設情境、深度探究、本質變式、遷移應用等環節，推進概念的主動學習、探究演進和理解內化等，達到發展學生生物學學科核心素養的教學目標。

關鍵詞：深度學習；表觀遺傳；概念教學；高中生物學

生物學概念是生命現象和生命活動規律本質屬性在人們頭腦中的反映，是將生物學現象、事實經過比較、分析、推理、概括等方法抽象出來而形成的理性知識，是生物學學科知識的主干。教學中要求學生從生物學事實和現象出發，開展批判性的學習，在深度探究中建構概念，加深對概念的理解，將其融入到原有的認知結構，并將已有的知識遷移應用到新情境中做出決策并解決問題［1］。深度學習是一種學習者主動投入、掌握知識的來源方法、習得知識本質屬性與內在聯系、應用所學知識進行遷移應用的學習方式。基于深度學習理論的生物學概念教學，可以高效地引導學生從本質上理解生物學概念，實現概念的靈活遷移和應用，促進思維和能力的發展。本文以人教版高中生物學教材必修2《遺傳與進化》第4章第2節中的“表觀遺傳”為例，嘗試利用深度學習理論進行概念教學。

1創設情境，推進概念的主動學習

主動學習是深度學習的本質內核，學生主動學習的內驅力往往來源于學生對知識本身的興趣和疑問。在高中生物學概念教學中，教師要還原概念產生的背景或相關聯的情境，激發學生的學習興趣，形成認知動力;進而基于學生已有的認知經驗設置真實的、能引發學生深度思考的問題，為學生的概念學習創設“入口”，推進概念的主動學習。例如，在“表觀遺傳”的概念教學中，教師以真實的生物學現象和真實的實驗研究資料創設情境，資料1:基因組成相同的同卵雙胞胎在性狀上仍存在微小的差異。資料2:一個蜂群中，工蜂和蜂王都是由基因型相同的雌蜂幼蟲發育而來，若雌蜂幼蟲在出生三天后被飼喂蜂蜜和花粉，將發育成工蜂，若被飼喂蜂王漿，則發育成蜂王。通過對資料1和資料2的分析，引導學生聯系前概念，對經典遺傳學理論產生質疑，引發認知沖突，激發學生的認知動力。在此基礎上，教師指引學生觀察思考:為什么基因型相同的個體會出現不同的表現型?如何針對該問題進行探究?上述情境問題讓學生意識到基因型相同的個體可能存在不同的表現型，為“表觀遺傳”概念的學習創設了“入口”，有效推進學生對概念的主動探究。

2深度探究，演進概念的探究方法

深度學習的核心是接近知識的本質和智慧內核，其達成需要明確知識的本質內涵和由來。在高中生物學概念教學中，不僅需要關注學生對概念內涵的理解，更要關注概念形成的探究方法。只有掌握了概念形成的探究方法，學生在日常學習中才能做到自我探究、遷移應用。例如，在“表觀遺傳”概念的教學中，教師可立足生物科學史實驗，設置以下3個相關論證活動，將科學探究與CEＲ論證模型結合，讓學生在親歷科學家探究小鼠毛色遺傳機制的過程中建立表觀遺傳的概念，提升高階思維能力和實驗探究能力。2.1活動1:探究表觀遺傳的特點1———基因的堿基序列不變，表現型發生改變學生分析小鼠雜交實驗，提出觀點:介于黑色和黃色之間的一系列過渡類型可能是基因突變的結果。在此基礎上引導學生思考如何獲取證據支持或反駁該主張，最后教師展示科學家對F1的3種小鼠的Avy基因測序的結果［2］。通過分析科學實驗證據，學生建立“在表觀遺傳現象中，生物體基因的堿基序列不變，表現型發生改變”的觀點(圖1)。2.2活動2:探究表觀遺傳的特點2———基因的表達過程發生改變在明確過渡類型小鼠的毛色改變不是源于基因堿基序列改變之后，教師繼續展示小鼠毛色形成的相關資料，引導學生基于基因和蛋白質的關系，再次提出猜想:Avya小鼠表現為一系列過渡類型源自黃色素的含量不同，即Avy基因的表達水平不同。進而組織學生討論如何通過實驗設計，說明過渡類型的Avya小鼠Avy基因的表達水平不同。接著，教師展示F1不同毛色小鼠的AvymＲNA定量結果［2］，學生分析實驗證圖1基因的堿基序列不變表現型改變的論證過程據，建立初步主張:基因型相同的Avya小鼠出現不同毛色的原因是Avy基因的表達水平不同，Avy基因表達程度越高，毛色越接近黃色。針對Avya小鼠Avy基因的表達水平為什么不同的可能原因，教師展示小鼠毛色與甲基化相關性的研究資料以及科研中鑒定基因甲基化的常用實驗方法，引導學生結合科學實驗的原則，依據“提出問題—作出假設—實驗驗證—得出結論”的科學探究方法，設計實驗并分析科學實驗結果，進而對“Avya小鼠Avy基因表達水平的不同與基因的甲基化有關”這一假說予以論證，最終完善主張:Avya小鼠Avy基因表達水平的不同與基因的甲基化有關，甲基化水平越高，Avy基因的表達越低(圖2)。2.3活動3:探究表觀遺傳的特點3———表觀遺傳現象是一種可遺傳變化在明確了Avya小鼠毛色的差異與基因的甲基化有關后，教師進一步提出問題:Avy基因的甲基化能不能遺傳給下一代?學生基于已有的認知進行思考并提出猜測，尋找實驗證據支持該主張，最后教師出示小鼠測交實驗的實驗結果［2］。學生分析實驗結果得出結論:Avy基因的甲基化可以遺傳給下一代，表觀遺傳現象是一種可遺傳變化(圖3)。

3本質變式，漸進概念的本質屬性

“本質與變式”是深度學習的核心特征之一，要求學生能夠抓住教學內容的本質屬性進而把握知識的內在聯系，而不是簡單地記憶事實性的知識［3］。在高中生物學概念教學中，教師可通過設置多元的變式情境和任務，引導學生通過歸納、概括、分析、綜合等學習活動，漸進概念的本質屬性，把握概念的內涵，促進高階思維的發展。例如，在“表觀遺傳”的概念教學中，教師進一步給學生提供以下3個資料:①某種貓的雄性個體有黃色和黑色，而雌性個體卻有黃色、黑色、黑黃相間三種顏色。研究發現，控制毛色的基因位于X染色體上，XO表現為黃色，XB表現為黑色，在胚胎發育早期，含兩條X染色體的細胞中的X染色體會隨機失活一條。②乙酰化酶和甲基化酶可通過使植物染色體中的組蛋白乙酰化或者甲基化來調控基因的表達，進而參與植物花、葉片的發育和開花時間的調控。③研究發現，精神分裂癥的發病機制與某些非編碼ＲNA沉默相關基因的轉錄有關。通過對上述3個材料的分析，引導學生思考和分析雌貓和雄貓毛色出現差異的原因，并根據表觀遺傳的特點判斷上述現象是否屬于表觀遺傳范疇。最后引導學生基于表觀遺傳的本質特征，構建概念模型(圖4)，生成表觀遺傳的概念。

4遷移應用，促進概念的理解內化

知識的獲得不是簡單的記憶與重復，而是建立在理解基礎上的整合與應用。遷移與應用是檢驗學習發生的重要指標和學習結果的最佳途徑，也是深度學習的重要特征。在高中生物學概念學習中，學生應能夠理解內化所學的概念，將已有的知識遷移到新的情境中，并做出相應的決策、分析和評價，發展生物學學科關鍵能力和核心素養。例如，在“表觀遺傳”的概念教學中，教師最后展示生物學事實:①男性吸煙者的精子活力下降，精子中的甲基化水平明顯升高;②在胚胎睪丸發育期給予懷孕大鼠烯菌酮，子代中雄性個體的生殖能力會降低，停止給予烯菌酮，這種雄性個體生殖能力降低的現象仍然能延續三代［4］;③研究發現，父母不良的生活習慣(暴飲暴食、吸煙、酗酒、饑餓等)所導致的疾病會遺傳給下一代，這種遺傳與甲基化修飾有關。組織學生思考和討論:表觀遺傳、環境、生物性狀之間有何聯系?這對生物與環境的適應性有什么意義?上述生物學事實對我們的健康生活有何啟示?在此基礎上，教師可進一步引導學生開展課后的“表觀遺傳的應用前景”研究性學習實踐活動。通過上述活動，學生將表觀遺傳的概念從一種情境應用到另一種情境，完成了知識的遷移應用，促進了概念的理解內化，有效引導學生樹立自覺理性的精神與正確價值觀，提升社會責任感。

作者：鄭蘭萍 單位：福建省廈門市海滄中學