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关键词 微课程 核心概念 染色体 生物学教学
中图分类号 G633.91 文献标志码 B
1 问题的提出
微课是指时间在10 min以内,有明确的教学目标、内容短小、以视频为主要呈现方式、集中说明一个问题的小课程。围绕某一主题展开的一系列微课的有机集合就是微课程。微课程能很好地满足学生对不同知识的个性化学习和按需选择学习,既可查漏补缺又能巩固知识,是传统课堂学习的一种重要补充和拓展,又是一个可以让学生进行自主学习、探究性学习的平台。
核心概念作为生物学科中心的概念性知识,是整个学科的主干结构。正确理解以及顺利应用生物学核心概念,不仅能使学生熟练掌握生物学知识,还能提高学生自身的生物科学素养。在高中阶段,由于教材编排体系的限制,教材编写者会将生物学中的某些概念和事实分散到必修教材的各个章节中。这种教材空间上的限制对高三复习课造成了极大的挑战。因为核心概念统摄下的一般概念涉及面广,而与之相关的生物学事实又表述多样、类型丰富,两者在教学中均无法通过某一节具体的课得到合理落实。然而高三学生的学习时间和精力有限,即使明知这些概念和事实对于理解核心概念的重要性,但面对提取、整理、归纳、总结的复杂过程,往往力不从心。基于上述实际情况,笔者以遗传学中“染色体的核心概念复习”为例,构建知识与能力紧密联系的微课程,辅助学生进行学习,由此解决高三学生学习时间不足、学习内容重要、课堂教学零散三者之间的矛盾。
2 微课程的设计构架
2.1 挖掘核心概念
在制作微课程时,首先遇到的难题是与染色体相关的教学内容。此部分内容繁多,笔者通过研读浙科版必修教材、《浙江省普通高中生物学课程标准》(简称《标准》)和《浙江省普通高中学科教学指导意见》(简称《指导意见》)以及排查相关知识点,确定与促进学生对染色体的认识和理解具有密切关系的内容(表1)。
面对如此众多的内容应如何进行整理和汇编呢?基于思维导图在整理和优化思维方面具有无可比拟的优势,笔者利用思维导图对知识点进行高效的系统化整理(图1)。
经过上述研读必修教材、选择教学内容、绘制思维导图的步骤,界定了“染色体”的核心概念:染色体是基因的载体,染色体结构和数量的变异都可能导致生物性状的改变。在确立核心概念后,将核心概念具体化,转化为一般概念,并通过生物学事实加以例证。例如,“染色体是基因的载体”这一核心概念既可以通过孟德尔发现遗传定律、萨顿提出假说、摩尔根进行果蝇杂交实验等一系列的科学史加以例证,也可以通过细胞分裂时染色体数量和行为的变化进行说明。
最终,在核心概念的指导下从结构、功能、变异三方面以“学会观察染色体”等3大类共7个学习主题(表2)建设微课程,每个学习主题均配套相应的微课频、教学设计、教学课件、学习任务单、典例训练和答案解析,计为1课时。
2.2 制定教学策略
作为复习教学的微课最根本的目的是在短时间内有效达成相应的学习目标,教学策略的制定也应体现这一点。
2.2.1 以补偿知识缺陷来夯实学科基础
与新授课不同,在复习课上,教师更应关注学生需要拓展、深化、综合和提高的知识缺陷以及学习盲点。因此,微课教学内容的选择要根据学生知识技能的掌握情况、记忆的遗忘规律来确定;微课练习的编写要结合学生的智力水平,在双基练习和能力训练方面狠下功夫;微课学习任务单的设计要考虑帮助学生改进原有的认知方式,凸显学科基础知识的落实一步到位,为学科重点和难点知识的学习打下基础。
2.2.2 以编织知识网络来强化信息提取
高中生物学科的知识点多而琐碎,为了避免在高考复习时有所遗漏,上课时教师往往注重知识点的全面覆盖。这样的做法虽有一定的好处,但会忽视学生整体知识框架的构建。因此,微课开发者在录制微课视频时,要注重引导学生回忆某个知识点的应用情景,帮助学生梳理各个知识点之间的内在联系;接通相关知识之间的联结点,把分散、孤立的知识连接起来,编织成一个系统的、有序的知识网络,以便在解决问题时能按照需求快速检索、提取和应用。
2.2.3 以渗透学习方法来提高学习能力
作为复习课教学的补充,微课开发者在教学过程中要有意识地对学生进行学习方法的渗透,使其强化自身的学习能力。如“减数分裂中染色体的行为变化”微课中,考虑到形成过程的微观性和染色体行为变化的复杂性,可以让学生使用彩色笔画图或橡皮泥建模的方式模拟减数分裂过程,增强感性认知。在“学会观察染色体”微课中,考虑到与染色体相关的知识和概念众多,可以让学生学习利用概念图梳理看似杂乱的遗传概念建构自己的知识结构。
2.3 开发微课程
对每一学习主题,均按照编制“教学设计学习任务单教学课件典例训练和答案解析”的顺序,进行微课的前期开发和设计。考虑到每一主题下知识点的特点,教师应选择合理的微课呈现方式,将绘制概念图、建构生物学模型、梳理生物科学史、模拟生物学实验等方法融入微课教学中,以多样化的手段和途径促进学生对核心概念的理解和掌握。之后,设计脚本,围绕单一知识点讲解,利用Camtasia Studio软件录制音画同步的高清微课视频,所有微课视频采用统一的视频格式、片头片尾、字体字号和界面设计,力求达到整齐规范的效果和更好的观看体验。将微课应用于教学实践,并在开发后期根据学习者的学习效果进行微课的调整测试与修正改进,使得微课的设计有助于学习者把握学习的精髓,进行自主学习(图2)。在此基础上,教师将微课统编成系列课程,构建完整的微课程。
2.4 组织教学活动
在正式上课前,学生先进行微课学习活动。为了认清教学目标,明确学习途径与方法,建议学生进行微课学习时先阅读学习任务单,借此了解课题名称、学习目标、学习任务、课堂学习形式,并获得关于本节课的学习方法建议、资源链接;再从QQ群或局域网中下载并观看微课视频,遇到不懂的地方可随时重播,遇到要做笔记的地方可随时暂停;最后,完成典例训练,掌握相关学习内容。
当进入课堂教学时,教师已经没有了“教”的必要,而是以知识点的内化和提升取代先前满堂灌的教学(图3)。在对学生微课学习中遇到的问题进行反馈的基础上,教师以单个重点或难点知识为基点展开教学,安排多种活动内化知识,主要方式有:小组或学生间相互答疑、讨论、互助活动;学生探究活动;学生交流展示活动;教师典例解答、总结、概括活动;师生相互追问活动;训练测试活动;教师拓展延伸活动;师生评价反馈活动,由此实现重难点知识的总结和提升。最后,教师对教学效果进行评价,在实践的基础上进一步完善微课。
3 教学实践的反馈
3.1 学生学习成绩
2016年9月,将绍兴一中选考生物的高三学生按照学业水平划分为实验组和对照组,实验组利用“聚焦染色体”微课程进行遗传学复习,对照组进行传统教学。经过两个月的教学,同年11月两组学生参加模块测试,利用SPSS18.0软件分析数据(表3)。
由表可知,实验组的平均分(M=73.52)高于对照组(M=69.09),班级变量在依变量检验的T统计量上达显著水平,显著性概率值P小于0.05,说明将微课程纳入高三遗传学复习对提高学生的生物学成绩有效。
3.2 教学目标达成情况
考虑到单纯的测验成绩无法准确判断学生对教学目标的达成度,因而采用综合达标度分析法评价实验班学生模块测试的达标情况(表4)。首先,参考《标准》和《指导意见》,并与三位教龄在10年以上的教师进行讨论,确定每个知识点和每道试题的认知水平;然后,利用Excel统计每道题的得分率;最后,处理统计数据,计算每个知识点的达标度。
达标度T的意义是很明显的,T越大,反映学生综合达标程度越高。从表4中可以看到:“染色体的结构”“染色体的功能”的达标度T值分别是0.91、0.80,均大于0.75,表示已达到预期教W目标;“染色体的变异及应用”的达标度T值是0.68,位于0.60和0.75之间,表示基本达到预期目标,但需在后期教学中弥补缺陷。总体来说,利用微课程进行遗传学复习使学生基本上都达到了《标准》和《指导意见》的要求,是一种行之有效的教学手段。
4 小结
在我国,由于高三直面高考,升学压力大,不管是教师教还是学生学,都存在时间紧、任务重的难题。教师利用微课程教学不仅可以解决核心概念的教学问题,还可以将知识的传递放在课外,将知识的内化放在课内,更加凸显学生的主体地位。
参考文献:
[1] 黎加厚.微课的含义与发展[J].中小学信息技术教育,2013(4):10-12.
一、 夯实基础,落实知识目标
遗传学知识理论性强,涉及的概念比较多,对中学生而言,这些抽象的概念不容易理解。课程目标中有关遗传学内容的知识目标实现不尽如人意,学生对遗传学基本概念和原理的理解比较普遍地存在:(1) 不准确、不透彻;(2) 不会正确地表达。在高考测量中,这两种情况是很难区分的。所以,在课程目标的实现过程中,教师应重视遗传学基本知识、基本理论,引导学生构建遗传学基本知识体系框架,通过逻辑递进和知识脉络理解,组合遗传学的基本概念,强化基础知识和理论的实际运用、综合运用。有效地学习策略是:(1) 帮助学生提高生物学的学科素养,结合遗传学发展史,认识遗传学基本理论的形成;(2) 引导学生逐一理清遗传学各个知识点,以及相互之间的联系;(3) 解析各知识点的构成要素和含义,理顺遗传学的知识脉络;(4) 按照各知识点的目标层次,进行材料阅读、关键词辨别、逻辑推演、科学表述的能力训练。综观自然学科的发展里程,基础知识、基本理论是学科建立和形成的基石。以遗传学的基本定律、基本理论为辐射中心,建构遗传学知识网络,理清各部分内容的内在联系,达到深入理解和融会贯通,并形成一定的应变能力,在分析、解决问题时才能做到游刃有余。
二、 领悟方法,养成科学精神
对于科学素养的定义,国内多数学者认同的是:了解并能够进行个人决策、参与公民和文化事务、从事经济生产所需要的科学概念和科学过程。科学概念的理解和掌握可以通过课堂教学实现,科学过程则需要经历实验、实践得到体验。遗传学教与学所存在的困难,与忽视情感目标的落实不无关系。缺乏科学过程的体验,科学价值观则难以真正形成,对基础知识、基本理论的理解就会限于书本。遗传学同生物学其他分支学科一样,全部的知识、理论都是源于对自然界生命现象的观察假设实验推论否定再实验…直至形成结论,这个过程会有新的问题、新的发现,促使科学研究的方法也因此不断的改进、更新。生物学与其他自然科学不同的是:研究的对象――生命有机体个体间的差异以及环境影响因素多元、多变,因而常常导致研究结论的不确定性(非唯一性)。生物学的知识和理论,阐述的是生命现象的一般规律或趋势,有时,这种趋势可能是局部的或仅限于在某种生物类群中出现。所以,教师应该从辩证唯物主义的自然观、方法论出发,重视遗传学知识链的形成过程和其中蕴涵的科学方法,帮助学生领悟孟德尔在研究遗传学规律中应用的假说―演绎的方法、测交实验的预测中运用的演绎推理的方法;体验萨顿根据基因与染色体行为之间的平行行为推断基因位于染色体上的类比推理的方法。引导学生在构建遗传图解模型的基础上,运用假说中的推理法,表述亲代、子代的基因型、表现型及比例关系;学会对实验结果分析、解释,学会在不同的实验设计下预测实验可能出现的结果;关注遗传学中用数学方法解决问题的科学方法,如孟德尔遗传规律的获得中运用了统计学的方法对后代的性状进行统计比较,DNA中遗传信息的多样性、性状分离比的模拟实验、脱氧核苷酸序列与遗传信息的多样性、遗传密码、碱基与氨基酸对应关系、调查人群中的遗传病等知识中蕴含的数学方法。在学习DNA双螺旋结构模型的同时,领悟建立模型的方法;运用模型的方法理解遗传的基本规律,把握其实质,鉴别出基因分离规律模型对于细胞质遗传及无性生殖过程不适用等。
三、 注重综合,实现能力目标
关键词:“孟德尔遗传定律”;生物遗传学;分离定律;自由组合定律
中图分类号:G633.9
1.高中生物遗传学的学习情况简介
遗传学是高中生物的重点学习内容之一,同时也是同学们学习掌握情况最不佳的学习内容之一,而且根据对多年的高考生物试卷的调查与分析,发现遗传学的生物题也是同学们得分率最低的题型之一。遗传学的学习之所以会出现这种尴尬的局面主要有以下两个方面的原因:首先,同学们对遗传学的学习态度不正确,由于遗传学类型的生物题对我们综合能力要求较高,需要我们有一定的分析能力和理解能力,所以很多同学在刚刚学习遗传学时感到十分吃力,从而出现害怕遗传学的学习态度,这种害怕型的学习态度只会阻碍同学们对遗传学的学习进度;除了同学们对遗传学的学习态度不端正之外,影响同学们学习遗传学的另一个原因就是同学们对于遗传学的学习兴趣不高,在我国大部分的高中学校,生物老师的教学模式和教学理念都过于陈旧,很多生物教学课堂的大部分时间都是老师在讲,学生只能被动地接受老师所讲的知识点,课堂上留给同学们自由讨论和独立思考的时间并不多,课堂教学气氛过于沉闷,因此导致很多同学对于遗传学的学习兴趣不高,缺乏对遗传学知识的探索欲望[2]。
2.“孟德尔遗传定律”的主要内容
“孟德尔遗传定律”主要由两个定律组合而成,第一个定律是分离定律,即一对等位基因在杂合状态中保持相对的独立性,而在形成配子时,又按照原样分离到不同配子中去的现象,例如某一个黑色头发的人的控制头发颜色的基因组为Aa,这个基因组在分离时会形成两个配子,一个配子为A,另一个配子为a,不会出现一个配子是Aa,另一个配子是空白的这种现象。分离定律是自由组合定律成立的铺垫条件之一,帮助人们迈入了遗传学世界的大门。第二个定律是自由组合定律,即当具有两对或者更多对相对性状的亲本进行杂交时,一对染色体上的等位基因与另一对染色体上的等位基因的分离和组合是彼此间互不干扰的,各自独立地分配到配子中去。自由组合定律进一步揭示了自然界中遗传与变异现象的本质,同时利用自由组合定律,可以准确地预测子一代或者子二代乃至更以后的子代的表现性状,自由组合定律的提出大大丰富了遗传学的研究内容,推动了很多遗传学技术的发展[3]。
3.“孟德尔遗传定律”在高中生物遗传学中的运用
“孟德尔遗传定律”在高中生物遗传学中的应用较多,尤其是自由组合定律,百分之九十的遗传学题都会涉及到自由组合定律,分离定律主要是考察同学们对遗传学概念及一些专有名词的理解程度,主要的考察题型为选择题货车判断题。自由组合定律在高中生物遗传学中运用得较多,其在高中生物遗传学中主要以三大类型的题目出现:①两对相对性状均在常染色体上,这是典型的考察自由组合定律的题目,针对这种类型的题目,首先要整理清楚题目中所给的信息,然后可以将题中的信息转化为树状图,帮助分析和理解问题,最后运用自由组合定律将每一种配子的情况进行组合,得出最后结果;②两对相对性状在性染色体上,众所周知,无论男性还是女性都是由22对常染色体和一对性染色体所组成的,控制相对性状的基因位于性染色w上的情况要比位于常染色体上的情况稍微复杂一些,需要同学们将控制性别的基因和控制相对性状的基因联合考虑起来;③控制两种相对性状的两组基因一组位于常染色体上,一组位于性染色体上,这种类型的题目是第一种情况和第二种情况的综合运用,但是只要同学们保持清醒的思维,充分理解自由组合定律的实质,一定可以将这种类型的遗传题处理正确。在高中生物遗传学的学习中,无论在分离定律还是自由组合定律,首先要求同学们要充分理解这两大定律的实质含义和运用范围,然后要求同学们理解清楚题中所给出的信息和隐藏的信息,最后解出答案。
4.结语
综上所述,虽然要充分掌握“孟德尔遗传定律”对同学们的能力要求较高,但是只要学生树立正确的学习态度及在平时做好课前预习工作和课后复习工作,同时在课堂上保持高度的注意力,同学们就一定可以学好遗传学的知识。提高遗传学的课堂教学成果不仅仅需要老师的努力,而且也需要我们自身的努力。只有在两者的共同努力下,我们的高中生物教学课堂才能越来越好。
[参考文献]
[1] 黄亦达.孟德尔杂交实验在高中生物课堂上的启示[J].学园,2016(07)
孙英丽,中国科学院北京基因组研究所“百人计划”研究员、博士生导师,研究方向包括癌症表观基因组和癌症基因组的研究、肿瘤细胞中表观遗传调控和DNA通路损伤修复通路的关系研究、针对肿瘤细胞特异表观遗传调控的药物设计和筛选、针对肿瘤细胞DNA通路的药物设计和筛选。2000年获得北京大学生命科学学院博士学位之后,她先后在麻省理工学院和哈佛大学医学院从事博士后研究和讲师工作,进行肿瘤与细胞凋亡、DNA损伤修复的研究。2010年回国后,进入中国科学院北京基因组研究所工作。
我们能改变遗传病掌控人类命运这个事实吗?“这正是现代医学努力的方向,现在我们已经知道人类全部的基因组序列,接下来的任务就是通过人为手段调控和靶向作用于疾病基因。”孙英丽笑着说,“人类基因组解密以前想都不敢想,但现在人体内几乎每个密码都被我们掌握了,这就涉及到一个新的概念—个性化医疗。”
“个性化医疗”,是一种新型的疾病诊疗理念,是指针对每个人身体特质与病情特点给予针对性治疗。如今,个性化医疗已不再是梦想,它已经在发病率很高的乳腺癌的治疗中发挥了作用,运用个性化医疗的方法,早中期乳腺癌的生存率已经能够达到90%。个性化医疗是中科院北京基因组研究所非常重要的一个研究方向,据孙英丽介绍,北京基因组研究所专门建立了个性化医疗和重大疾病重点实验室,希望在个性化医疗方面能够开展更多研究,为每个人找到战胜疾病的最佳“武器”。
孙英丽回国后主要从事的肿瘤细胞以及干细胞的表观遗传和基因组稳定性的研究,又涉及到了一个新的研究方向—表观遗传学。表观遗传学是与遗传学相对应的概念,是人类基因组概念的一个补充,是不涉及DNA序列改变但影响细胞性状的遗传改变。传统遗传学认为只有DNA的性状发生了改变,才会影响功能和性状。但随着研究深入,人们发现即使是同卵双胞胎,也会存在很大差别,有时候其中一个患了严重的疾病,另外一个可能很健康,这些传统遗传学无法解释的问题,有望用表观遗传学解答。
孙英丽解释说,人类患病原因除了受遗传因素影响之外,还受环境影响,表观遗传学则将环境因素包括进来,对传统遗传学进行了很好的补充。目前在表观遗传学方面,孙英丽的研究主要集中在DNA甲基化和组蛋白甲基化两个方向,目标是检测肿瘤患者的甲基化水平,并进行相关调节,研发对肿瘤治疗有针对性、特异性的药物,提高治愈率。
1.巴氏小体案例在遗传学教学中的应用
2.下一代测序技术在表观遗传学研究中的重要应用及进展
3.遗传学教学中在细胞与分子水平上理解等位基因的显性与隐性
4.果蝇唾腺多线染色体研究进展及其在遗传学教学中的应用
5.以人类血型为遗传学案例教学的思考与实践
6.表观遗传学药物的研究进展
7.表遗传学几个重要问题的述评
8.构建优质教学体系,促进《遗传学》精品教育
9.小鼠毛色遗传的控制机制及其在遗传学教学中的应用
10.肝癌发生的分子遗传学和表遗传学研究
11.景观遗传学原理及其在生境片断化遗传效应研究中的应用
12.以遗传信息为主线的遗传学教学架构及与其他课程的衔接
13.认知过程中的表观遗传学机制
14.我国高校遗传学教材的出版与使用现状的调查
15.表观遗传学:生物细胞非编码RNA调控的研究进展
16.表观遗传学视角下运动干预阿尔茨海默病的机制分析
17.遗传学与基因组学整合课程探讨
18.表观遗传学研究进展
19.癫痫表观遗传学研究进展
20.不仅仅是遗传多样性:植物保护遗传学进展
21.利用文献精读教学新模式优化遗传学教学
22.2015年中国医学遗传学研究领域若干重要进展
23.发展行为遗传学简介
24.光遗传学技术应用于动物行为学在神经回路中的研究进展
25.表遗传学推动新一轮遗传学的发展
26.生物教育专业《遗传学》教学改革的探索
27.糖尿病肾病遗传学研究进展
28.肿瘤表观遗传学研究热点的聚类分析
29.浅谈高校《遗传学》课程教学改革与实践
30.2015年中国微生物遗传学研究领域若干重要进展
31.利用经典文献优化《遗传学》双语教学
32.孟德尔豌豆基因克隆的研究进展及其在遗传学教学中的应用
33.表观遗传学在肺癌诊治中的研究进展
34.人格行为遗传学研究的两类取向
35.害虫遗传学控制策略与进展
36.表观遗传学及其应用研究进展
37.阿尔兹海默病的表观遗传学机制及相关药物研究
38.胃癌遗传学及表遗传学研究进展
39.遗传学在胆管细胞癌发展中的重要性
40.子痫前期表观遗传学研究进展
41.行为遗传学:从宏观到微观的生命研究
42.遗传学史在遗传学教学中的作用
43.男性不育的遗传学评估
44.表观遗传学与肿瘤干细胞
45.开放式教学在遗传学实验教学中的探索与实践
46.表观遗传学调控与妇科肿瘤发生、演进及治疗的研究进展
47.规律运动干预人类衰老过程的表观遗传学机制研究进展
48.表观遗传学及其在同卵双生子研究中的新进展
49.分子群体遗传学方法处理鲤形态学数据的适用性
50.番茄果重数量性状基因的研究进展及在遗传学教学中的应用
51.遗传学教学中遗传学史及科学方法论的教育
52.景观遗传学:概念与方法
53.孤独症的遗传学和神经生物学研究进展
54.肺癌表观遗传学的研究进展
55.肿瘤的表观遗传学研究
56.遗传学课程群的设置和思考
57.《遗传学》课程的建设与优化
58.表观遗传学在中枢神经系统退行性疾病中的研究进展
59.遗传学实验教学体系的改进
60.肝癌表观遗传学研究进展
61.保护生物学一新分支学科——保护遗传学
62.表观遗传学在淋巴系统肿瘤研究中的新进展
63.大肠癌的表观遗传学研究进展
64.重视经典遗传学知识体系构建和学生自学能力的培养
65.植物化学遗传学:一种崭新的植物遗传学研究方法
66.关联分析及其在植物遗传学研究中的应用
67.表观遗传学及现代表观遗传生物医药技术的发展
68.三阴性乳腺癌与表观遗传学研究现状
69.构建培养新型医学人才的医学遗传学课程体系改革
70.骨髓增生异常综合征的遗传学检测研究进展
71.钉螺遗传学及其生物学特性的研究进展
72.羞怯:来自行为遗传学的观点
73.遗传学探究性实验教学的思考及实践
74.“教学、实践、科研、临床”四位一体的医学遗传学教学体系建设探索与实践
75.国内高校遗传学教材发展研究
76.男性生殖遗传学检查专家共识
77.肿瘤表遗传学研究的进展
78.创新性遗传学大实验对提高大学生综合能力的研究
79.白内障表观遗传学研究的现状及进展
80.遗传学研究性实验教学模式探索与创新人才培养
81.表观遗传学在木本植物中的研究策略及应用
82.高通量测序技术结合正向遗传学手段在基因定位研究中的应用
83.激发与培养学生学习遗传学兴趣的教学途径
84.从表观遗传学开展复杂性疾病证候本质的研究
85.蓝藻分子遗传学十年研究进展
86.建设遗传学课件体系 提高多媒体教学质量
87.表观遗传学与肿瘤
88.原发性肝癌的表观遗传学及其治疗
89.青少年焦虑、抑郁与偏差行为的行为遗传学研究
90.儿童孤独症的遗传学研究进展
91.本科生遗传学实验教学的改革探讨
92.与闭经有关的遗传学问题
93.多媒体教学在遗传学“三点测验”教学中的实践
94.一个实用的群体遗传学分析软件包——GENEPOP3.1版
95.论从“肾为先天之本”到“中医遗传学”
96.《遗传学》多媒体教材的编写与实践
97.肺癌的表观遗传学研究进展
98.无创性产前遗传学检测研究进展