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基于科学论证的概念教学策略——以“染色体变异”为例

（四川省成都市石室中学四川成都610041）

科学家通过科学论证的研究方法，不断寻找科学事实和依据，应用多种思维方法不断论证，尝试阐释生命现象和生命规律，构建了科学的知识体系。《普通高中生物学课程标准（2017年版）》（以下简称《课程标准》）倡导学生基于生物学事实和证据，运用归纳与概括、演绎与推理、模型与建模、批判性思维等方法，探讨、阐释生命现象及规律，审视或论证生物学议题。因此，在生物学概念教学中使用科学论证符合《课程标准》的要求，有助于提升学生科学思维和生物学素养。

科学论证在科学发展中发挥着重要作用。教师必须将科学论证融入到学科教育中，让学生有机会参与到科学论证中。为了实现科学论证的教育价值，教育工作者设计了诸多的教学模式。目前在中学教育中，以图尔敏论证模式（TAP）应用最为广泛，该模式包括6个要素：主张或声明、资料和数据、理由或依据、支持、反驳和反例。该模式可简化为：首先分析资料得出主张，然后提供论据支持主张，再根据新的论据进行质疑和反驳，最后完善或认可主张。

“染色体变异”是人教版高中生物学《必修2·遗传与进化》第五章第二节的内容。学生学习了“基因突变”和“基因重组”，已经从分子水平上认识了可遗传变异的原理。并且，学生掌握了有丝分裂与减数分裂有关染色体行为的知识，为理解染色体变异奠定了细胞学基础。但本节内容涉及的生物学概念多且抽象，如“染色体组”是建构“单倍体”“二倍体”“多倍体”的支点。为了突破“染色体组”这个教学重点，教师引导学生建构果蝇减数分裂形成配子过程的模型，总结配子中的染色体组成，并结合蜜蜂孤雌生殖的资料，建构“染色体组”的概念。为了使学生区别“交叉互换”与“易位”这两个容易混淆的概念，教师利用模型模拟“交叉互换”的活动，使学生猜测并利用模型演绎断裂后的染色体片段还可能存在多种异常拼接的类型。在学生活动完成后，教师提供发展史资料给予验证，实现了概念的深度学习。这样有助于提升学生的思维品质。“猜想-论证”的概念学习模式有助于实现概念的深度建构。基于TAP理论，设计了“染色体变异”的论证模型如图1所示。

图1基于TAP的“染色体变异”的论证模型

对于“染色体数目变异”的论证主题的引出，教师提供无子西瓜和正常西瓜的图片并设置问题：①正常西瓜与无子西瓜有什么区别？②正常西瓜有子的原理是什么？③无子西瓜无子的原因是什么？教师引导学生结合减数分裂过程中染色体行为的变化，从精子或卵细胞的形成的角度进行分析。学生分析讨论找出原因后，提出了“在形成配子的过程中染色体的数目会发生改变”的论证主题。在减数分裂形成配子的过程中，基于四分体中的非姐妹染色体之间经常发生“交叉互换”的生物学事实，教师提供科学家的发现资料：在外因或者是内因的作用下，染色体可能发生断裂，断裂后的染色体具有重新拼接的能力。基于事实，结合资料，学生可以得出“断裂后的染色体片段可出现异常拼接，造成染色体结构的改变”的论证主题。

教师提供果蝇的染色体模型，组织学生在KT版上模拟减数分裂形成配子的过程，结果如图2所示。学生分析后可以归纳出染色体复制后的平均分配是染色体数目保证稳定的基础。

图2果蝇“减数分裂”形成配子的模型

如果在分裂过程中，染色体异常分配，就可能导致子细胞中染色体数目异常。对于可能的异常情况，教师组织学生继续利用模型，演绎染色体异常的配子的形成过程，学生建构得到部分模型如图3所示。模型建构后，教师提供果蝇性染色异常的资料和蜂王减数分裂形成卵细胞的资料。基于模型和资料，学生可以形成主张：染色体的数目变异包括“染色体的非整倍性变异”和“染色体的整倍性变异”。“染色体的非整倍性变异”即“细胞内个别染色体的增加或减少”，如染色体出现“三体”和“缺体”的现象。学生模型建构配子中染色体的组成，并结合蜜蜂的孤雌生殖资料，可以建构出染色体组的概念，“以染色体组为基础成倍的增加或减少”，即为“染色体的整倍性变异”。

图3果蝇“减数分裂”染色体异常分配的模型

在减数分裂形成配子的过程中，染色体会出现断裂，断裂后的染色体片段会重新拼接，学生基于模型可演绎出染色体异常拼接的多种类型，如图4所示。教师提供染色体变异中“缺失”“重复”“倒位”和“易位”的发现史料来供学生验证自己的猜测。学生基于证据可得出主张：染色体结构改变引起的变异称为染色体的结构变异，染色体包括“缺失”“重复”“倒位”“易位”4种类型。

图4断裂后的染色体片段可能的拼接类型

基于主张，教师设置问题引导学生批判性思考：①举例说明染色体变异对生物性状造成的影响有哪些。②染色体变异影响生物性状的机理是什么？③染色体变异对生物性状的影响都是不利的吗？④能否举出染色体变异对生物具有积极影响的例子？学生结合教材，可以得出：染色体变异可以通过影响基因的数目