摘要:本文以“减数分裂”为例,结合教材与学情分析来展开教学设计。梳理与“减数分裂”相关的知识内容,设计相关的问题情境,带动学生自主学习与思考,从理论知识掌握情况与知识拓展层面对学生的学习情况进行评估,加强对课程教学的反思与总结,以此深化高中生物学教学设计,促进生物学科的核心素养发展。
关键词:自主学习,高中生物,“减数分裂”,教学设计
《普通高中生物学课程标准(2017年版2020年修订)》(以下简称“课标”)指出,在高中生物教学中应当坚持与时俱进,关注学生的个性化和多样化学习需求,着重培养学生的核心素养与终身学习能力。为达成课标的育人目标,在教学中应注重培养学生的自主学习能力,使学生能在教师的指导下独立选择学习内容与方法,完成课程教学任务。基于此,教师需要精心挑选学习材料,设计合适的学习方案,提供学习方法指导,在学习过程中解答疑惑,有效促进学生自主学习和终身学习能力的发展。本文以高中生物“减数分裂”为例进行教学设计,设计相应的教学活动,帮助学生达到预期的学习目标。
一、“减数分裂”教学目标设计
“减数分裂”是高中生物学的重要章节,探讨生物学中的一项核心过程,即生殖细胞的形成。详细阐述精子和卵细胞的形成过程,引导学生观察蝗虫精母细胞的减数分裂,能够使学生从微观层面理解生物生殖的本质。“减数分裂”章节的教学可以分为两个课时进行。第一个课时专注于精子的形成过程,而第二个课时则聚焦于卵细胞的形成过程,并指导学生用显微镜实际观察减数分裂,强化学生的理论认知,使学生能够逐步理解减数分裂的过程和机制。
在本节课中,教学重点应放在精子的形成过程及染色体在此过程中的行为变化上,尤其是减数分裂过程中染色体的特殊行为,重点讲解同源染色体的配对、交换和分离。教材分析烟草、烟雾等不良环境条件对生殖细胞的形成,以及生殖细胞质量和数量的影响,为学生提供一个从生物学角度理解健康生活方式的契机。在教学过程中,教师可以引导学生分析环境条件对生殖健康的具体影响,鼓励学生提出解决方案,培养学生的社会责任感。
二、基于自主学习的“减数分裂”教学设计
1.发展核心素养为目标
“减数分裂”一节深入探讨减数分裂过程,对染色体数量减半的精细胞或卵细胞进行精准分析,与生殖基因分离与双亲后代基因组合等知识有一定的关联性,该内容归属于高中生物学第三个大概念—遗传信息控制生物。结合新课标的要求,教师应在教学中向学生阐明卵细胞机制,要求学生能够理解减数分裂的基本过程,理解染色体数量的减半过程,学会运用细胞减数分裂的模型阐明遗传信息在有性生殖中的传递规律,培养学生的科学思维与实践能力。在教学实践中,教师要注重培养学生的生命观念,促进学生建立对生命现象的科学认识。同时,要引导学生积极探究减数分裂的过程与机制,理解生命的起源和传承,认识生物多样性的根源,发展学生的科学思维。教师要引导学生加强观察,自主发现规律,提出假设,并进行验证。在科学探究的过程中提升学生的实践能力,培养学生的创新精神与批判性思维。
2.设计自主学习目标
随着对生物学知识的不断积累,学生对有丝分裂有了深刻理解,并对染色体、DNA及染色体单体的数量关系有了清晰认识。基于自主学习能力培养的要求,教师应引导学生将核心概念应用于减数分裂的学习,建构全面准确的减数分裂概念模型。减数分裂是一个复杂而精妙的过程,使染色体在生物繁殖过程中实现正确传递。在自主学习与合作学习中,教师要指导学生掌握精子的形成过程,理解染色体配对、交换遗传物质,并最终被准确分配到子细胞中这一具体过程。为了更好地掌握减数分裂中染色体、DNA和染色体单体的数量变化规律,学生还可以建构数学模型,这样能清晰地看到数量上的变化,更为深入地理解减数分裂对细胞遗传信息的影响。
3.创设问题情境
教师要结合“减数分裂”课程的教学目标,创设问题情境,在问题情境中强化学生对重要概念的理解,理解精子的形成过程。利用DNA或染色体数量变化模型,强化学生对与遗传学相关的知识的了解。在有丝分裂知识的教学中,教师创设问题情境,可以结合植物细胞有丝分裂过程,提出以下问题引导学生进行思考:在有丝分裂前期,染色体是如何排列的?它们如何确保在分裂时能够平均分配到两个子细胞中?在有丝分裂中期,染色体的着丝点排列在赤道板上,如何解读?对染色体的平均分配有何影响?到有丝分裂后期,姐妹染色单体分开并分别移向细胞的两极,此时染色体的数量发生了怎样的变化?
要求学生在观察染色体时,对细胞中的染色体数目进行判断。在有丝分裂的不同阶段,染色体的形态和位置发生变化,但不影响数量。DNA数量判断可以结合染色体的复制情况进行。在有丝分裂间期,DNA进行复制,因此在分裂前期和中期,每个染色体上含有两个染色单体,即每个染色体含有两个DNA分子。
4.引导学生自主探究与学习
在学习精子的形成过程时,教师应引导学生自主探究,促进学生对染色体、DNA、同源染色体、非同源染色体、染色单体等概念的理解。起始阶段,每个细胞含有2n条染色体,n为染色体组数。每条染色体由两个染色单体组成,含有两个DNA分子。减数第一次分裂中,同源染色体联会形成四分体,发生同源染色体的配对和交换。减数第一次分裂前期,联会后的同源染色体排列在赤道板上。减数第一次分裂中期,同源染色体相互牵引,着丝点排列在赤道板上。在减数第一次分裂后期,同源染色体分离,非同源染色体自由组合,每个子细胞染色体数目减半。
在减数第二次分裂前期和中期,染色体再次排列在赤道板上,但此时已无同源染色体。在减数第二次分裂后期,姐妹染色单体分开,染色体移向细胞两极。在减数第二次分裂末期,细胞再次分裂,形成4个子细胞,每个子细胞含有n/2条染色体。
在染色体分析中,教师可以引导学生构建DNA数量模型,针对含有两对同源染色体的精原细胞,绘制减数分裂过程中染色体和DNA的数量变化曲线,一条表示染色体数量变化,另一条表示DNA数量变化。关于染色体数量变化曲线,在起始阶段,染色体数量为4条,即两对同源染色体。减数在第一次分裂前期和中期,染色体数量保持不变,仍为4条。在减数第一次分裂后期,同源染色体分离,非同源染色体自由组合,染色体数量减半至两条。在减数第二次分裂前期和中期,染色体数量保持为两条。在减数第二次分裂后期,姐妹染色单体分离,染色体数量短暂加倍至4条,但随后每个细胞分裂成两个子细胞,每个子细胞中染色体数量又恢复为两条。
关于DNA数量变化曲线,在起始阶段,DNA数量为8个分子,每条染色体含有两个DNA分子。在减数第一次分裂间期,DNA进行复制,数量加倍至16个分子。减数第一次分裂前期至中期,DNA数量保持不变,仍为16个分子。在减数第一次分裂后期,同源染色体分离,但每个染色体上的DNA分子数量不变,因此DNA数量仍为16个分子。在减数第二次分裂前期、中期,DNA数量保持不变,仍为16个分子。在减数第二次分裂后期,姐妹染色单体分离,DNA数量减半至8个分子。随后细胞分裂成两个子细胞,每个子细胞中DNA数量恢复为4个分子。
在减数第一次分裂后期,染色体数量出现拐点。主要是由于同源染色体分离,导致染色体数量减半。DNA数量没有变化主要是由于每个染色体上的DNA分子数量没有减少。减数第二次分裂后期,染色体数量再次增加,主要是由于姐妹染色单体分离,导致染色体数量短暂加倍。但随后细胞分裂成两个子细胞,每个子细胞中染色体数量恢复为起始阶段的一半。DNA数量减半则是由于姐妹染色单体分离后,每个子细胞中只含有原来一半的DNA分子。在教学过程中,教师注重引导学生形成正确的生命观念,培养科学思维和科学探究能力,并强化社会责任意识,实现核心素养育人目标。
三、“减数分裂”自主学习评价分析
教师要结合学生的学习情况,对学生自主学习成果进行评估,在单点结构中,针对染色体和DNA数量的判断方法,结合学生自主学习情况,使学生明白染色体和DNA的基本概念与关系:染色体是DNA的载体,在细胞分裂期间可见,而DNA是遗传信息的分子,存在于染色体上。
在课堂中,教师应展示不同细胞分裂阶段的图示,让学生观察染色体的形态和数量,以及DNA的复制和分布情况。在间期结束后,染色体复制前,染色体数量不变,在复制后,着丝粒未分裂前,染色体在形态上表现为姐妹染色单体,但数量不变。在着丝粒分裂后,染色体数量加倍。DNA的数量变化往往与染色体复制相关。在DNA复制前,DNA分子数与染色体数相同;在复制后,每个染色体包含两个DNA分子,直到细胞分裂结束。
在关联结构中,教师应进一步要求学生根据教材图示描述某时期染色体的行为变化,准确说出该时期细胞中染色体、DNA的数量变化。教师选取教材中前期、中期、后期和末期等具有代表性的细胞分裂图示,详细解释每个阶段染色体的行为变化。教师可以利用动画展示细胞分裂过程中染色体的动态变化,引导学生总结不同分裂时期染色体和DNA的数量变化规律,形成系统的认识。此外,教师可以拓展教学内容,详细解释减数分裂过程中染色体和DNA数量减半的原因,强调同源染色体的分离和非同源染色体的随机组合导致染色体数目减半,以及姐妹染色单体分离导致DNA数量减半。教师对减数分裂过程中的染色体和DNA数量变化规律进行归纳总结,帮助学生形成清晰的知识体系,结合遗传学、生殖生物学等相关知识,加强学生对学习内容的理解。
四、基于自主学习的“减数分裂”教学反思
在进行高中生物“减数分裂”教学时,可以进行逆向教学设计,优化课程教学评价。传统的教学方式往往关注课后的作业完成情况,而忽视了在教学过程中对教学目标达成效果的实时评价。在逆向教学设计中,将教学评价内容分散到各个教学环节中,使目标过程化,由此更全面地反映学生的学习效果。自主学习并非自由学习,教师在编制学案时,应充分发挥自身的专业能力,准确解读课程标准,打破知识编排的顺序,设计适当的教学情境,以便更好地引领学生开展自主学习。在科学思维评价进阶方面,从特定情境到给定情境再到真实情境逐步过渡,能够使学生逐渐适应不同情境下的科学问题。在教学中,还要有效运用模型与建模、概括与归纳等多种思维方法,培养学生的科学思维,提高学生的问题解决能力。
教师在“减数分裂”教学活动中,需要结合课程教学目标与相关要求,对教学内容进行梳理,重构课程教学的相关内容,对课程知识内容进行拆解与理顺设计,培养学生的生物核心素养。同时,结合自主学习的要求,强化问题情境的设计,不断优化对学生的教学评价,在不断反思中增强教学效果。
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