谈表观遗传的概念教学策略

摘要：以深度学习理论指导“表观遗传”概念教学，通过创设情境、深度探究、本质变式、迁移应用等环节，推进概念的主动学习、探究演进和理解内化等，达到发展学生生物学学科核心素养的教学目标。

关键词：深度学习；表观遗传；概念教学；高中生物学

生物学概念是生命现象和生命活动规律本质属性在人们头脑中的反映，是将生物学现象、事实经过比较、分析、推理、概括等方法抽象出来而形成的理性知识，是生物学学科知识的主干。教学中要求学生从生物学事实和现象出发，开展批判性的学习，在深度探究中建构概念，加深对概念的理解，将其融入到原有的认知结构，并将已有的知识迁移应用到新情境中做出决策并解决问题［1］。深度学习是一种学习者主动投入、掌握知识的来源方法、习得知识本质属性与内在联系、应用所学知识进行迁移应用的学习方式。基于深度学习理论的生物学概念教学，可以高效地引导学生从本质上理解生物学概念，实现概念的灵活迁移和应用，促进思维和能力的发展。本文以人教版高中生物学教材必修2《遗传与进化》第4章第2节中的“表观遗传”为例，尝试利用深度学习理论进行概念教学。

1创设情境，推进概念的主动学习

主动学习是深度学习的本质内核，学生主动学习的内驱力往往来源于学生对知识本身的兴趣和疑问。在高中生物学概念教学中，教师要还原概念产生的背景或相关联的情境，激发学生的学习兴趣，形成认知动力;进而基于学生已有的认知经验设置真实的、能引发学生深度思考的问题，为学生的概念学习创设“入口”，推进概念的主动学习。例如，在“表观遗传”的概念教学中，教师以真实的生物学现象和真实的实验研究资料创设情境，资料1:基因组成相同的同卵双胞胎在性状上仍存在微小的差异。资料2:一个蜂群中，工蜂和蜂王都是由基因型相同的雌蜂幼虫发育而来，若雌蜂幼虫在出生三天后被饲喂蜂蜜和花粉，将发育成工蜂，若被饲喂蜂王浆，则发育成蜂王。通过对资料1和资料2的分析，引导学生联系前概念，对经典遗传学理论产生质疑，引发认知冲突，激发学生的认知动力。在此基础上，教师指引学生观察思考:为什么基因型相同的个体会出现不同的表现型?如何针对该问题进行探究?上述情境问题让学生意识到基因型相同的个体可能存在不同的表现型，为“表观遗传”概念的学习创设了“入口”，有效推进学生对概念的主动探究。

2深度探究，演进概念的探究方法

深度学习的核心是接近知识的本质和智慧内核，其达成需要明确知识的本质内涵和由来。在高中生物学概念教学中，不仅需要关注学生对概念内涵的理解，更要关注概念形成的探究方法。只有掌握了概念形成的探究方法，学生在日常学习中才能做到自我探究、迁移应用。例如，在“表观遗传”概念的教学中，教师可立足生物科学史实验，设置以下3个相关论证活动，将科学探究与CEＲ论证模型结合，让学生在亲历科学家探究小鼠毛色遗传机制的过程中建立表观遗传的概念，提升高阶思维能力和实验探究能力。2.1活动1:探究表观遗传的特点1———基因的碱基序列不变，表现型发生改变学生分析小鼠杂交实验，提出观点:介于黑色和黄色之间的一系列过渡类型可能是基因突变的结果。在此基础上引导学生思考如何获取证据支持或反驳该主张，最后教师展示科学家对F1的3种小鼠的Avy基因测序的结果［2］。通过分析科学实验证据，学生建立“在表观遗传现象中，生物体基因的碱基序列不变，表现型发生改变”的观点(图1)。2.2活动2:探究表观遗传的特点2———基因的表达过程发生改变在明确过渡类型小鼠的毛色改变不是源于基因碱基序列改变之后，教师继续展示小鼠毛色形成的相关资料，引导学生基于基因和蛋白质的关系，再次提出猜想:Avya小鼠表现为一系列过渡类型源自黄色素的含量不同，即Avy基因的表达水平不同。进而组织学生讨论如何通过实验设计，说明过渡类型的Avya小鼠Avy基因的表达水平不同。接着，教师展示F1不同毛色小鼠的AvymＲNA定量结果［2］，学生分析实验证图1基因的碱基序列不变表现型改变的论证过程据，建立初步主张:基因型相同的Avya小鼠出现不同毛色的原因是Avy基因的表达水平不同，Avy基因表达程度越高，毛色越接近黄色。针对Avya小鼠Avy基因的表达水平为什么不同的可能原因，教师展示小鼠毛色与甲基化相关性的研究资料以及科研中鉴定基因甲基化的常用实验方法，引导学生结合科学实验的原则，依据“提出问题—作出假设—实验验证—得出结论”的科学探究方法，设计实验并分析科学实验结果，进而对“Avya小鼠Avy基因表达水平的不同与基因的甲基化有关”这一假说予以论证，最终完善主张:Avya小鼠Avy基因表达水平的不同与基因的甲基化有关，甲基化水平越高，Avy基因的表达越低(图2)。2.3活动3:探究表观遗传的特点3———表观遗传现象是一种可遗传变化在明确了Avya小鼠毛色的差异与基因的甲基化有关后，教师进一步提出问题:Avy基因的甲基化能不能遗传给下一代?学生基于已有的认知进行思考并提出猜测，寻找实验证据支持该主张，最后教师出示小鼠测交实验的实验结果［2］。学生分析实验结果得出结论:Avy基因的甲基化可以遗传给下一代，表观遗传现象是一种可遗传变化(图3)。

3本质变式，渐进概念的本质属性

“本质与变式”是深度学习的核心特征之一，要求学生能够抓住教学内容的本质属性进而把握知识的内在联系，而不是简单地记忆事实性的知识［3］。在高中生物学概念教学中，教师可通过设置多元的变式情境和任务，引导学生通过归纳、概括、分析、综合等学习活动，渐进概念的本质属性，把握概念的内涵，促进高阶思维的发展。例如，在“表观遗传”的概念教学中，教师进一步给学生提供以下3个资料:①某种猫的雄性个体有黄色和黑色，而雌性个体却有黄色、黑色、黑黄相间三种颜色。研究发现，控制毛色的基因位于X染色体上，XO表现为黄色，XB表现为黑色，在胚胎发育早期，含两条X染色体的细胞中的X染色体会随机失活一条。②乙酰化酶和甲基化酶可通过使植物染色体中的组蛋白乙酰化或者甲基化来调控基因的表达，进而参与植物花、叶片的发育和开花时间的调控。③研究发现，精神分裂症的发病机制与某些非编码ＲNA沉默相关基因的转录有关。通过对上述3个材料的分析，引导学生思考和分析雌猫和雄猫毛色出现差异的原因，并根据表观遗传的特点判断上述现象是否属于表观遗传范畴。最后引导学生基于表观遗传的本质特征，构建概念模型(图4)，生成表观遗传的概念。

4迁移应用，促进概念的理解内化

知识的获得不是简单的记忆与重复，而是建立在理解基础上的整合与应用。迁移与应用是检验学习发生的重要指标和学习结果的最佳途径，也是深度学习的重要特征。在高中生物学概念学习中，学生应能够理解内化所学的概念，将已有的知识迁移到新的情境中，并做出相应的决策、分析和评价，发展生物学学科关键能力和核心素养。例如，在“表观遗传”的概念教学中，教师最后展示生物学事实:①男性吸烟者的精子活力下降，精子中的甲基化水平明显升高;②在胚胎睾丸发育期给予怀孕大鼠烯菌酮，子代中雄性个体的生殖能力会降低，停止给予烯菌酮，这种雄性个体生殖能力降低的现象仍然能延续三代［4］;③研究发现，父母不良的生活习惯(暴饮暴食、吸烟、酗酒、饥饿等)所导致的疾病会遗传给下一代，这种遗传与甲基化修饰有关。组织学生思考和讨论:表观遗传、环境、生物性状之间有何联系?这对生物与环境的适应性有什么意义?上述生物学事实对我们的健康生活有何启示?在此基础上，教师可进一步引导学生开展课后的“表观遗传的应用前景”研究性学习实践活动。通过上述活动，学生将表观遗传的概念从一种情境应用到另一种情境，完成了知识的迁移应用，促进了概念的理解内化，有效引导学生树立自觉理性的精神与正确价值观，提升社会责任感。

作者：郑兰萍 单位：福建省厦门市海沧中学