吴开其 张晋

深度学习之深在于本质与变式，本质与变式回答的是如何处理学习内容（学习对象）的问题，它要求学生能够抓住教学内容的本质属性去全面把握知识的内在联系，而不是简单地掌握孤立的知识点或记忆更多的事实性知识。面对各种情景下知识点应用，需要把握事物本质的过程，在变式中懂得去除非本质属性的干扰，分辨出概念的本质属性，同时对学习内容（学习对象）进行深度加工的过程。下面以“表现型=基因型+环境”概念学习为例，抓概念的本质与变式自然实现涉及思维、概念整合和应用的深度学习。

1 采用假说一演绎法，将本质理解融入科学论证的变式学习中

以“表现型=基因型+环境”相关的材料为教学内容，以假说一演绎法为教学形式，结合情境进行逻辑演绎和科学推理。这样，学生在论证过程中自然将深入理解“表现型=基因型+环境”这一核心观念的本质。

1.1 呈现生物学现象

教师展示几则关于生物学现象的资料。

资料1：蒲公英的花是两性花，异花传粉，既可用种子繁殖，也可用直根扦插繁殖。叶形有全缘型，也有缺刻型，生长于背风向阳处的植株叶形为全缘型，而生长于向风荫蔽处的植株叶形为缺刻型。

资料2：果蝇的黑体（v）与灰体（V）是一对相对性状，某实验小组对果蝇的这对相对性状进行遗传研究。如果用含有某种添加剂的食物喂养果蝇，所有的果蝇都是黑体。

实际教学中，教师在呈现上述材料的同时呈现相应的图片，也可采用“板画”的方式向学生展示教师笔下的蒲公英和果蝇，更能唤起学生的学习注意，并留给学生无限的想象。

1.2 提出解释现象的假设

教师引导学生根据资料1和资料2提出解释相应的生物学现象的假设，如针对资料1的假设，即由于环境对表现型的影响，环境只是影响了基因的表达，而没有影响基因的本质。在引导学生提出假设时，教师也可给出相应的提示。例如，果蝇的体色究竟和什么有关？

1.3设计实验验证假设

针对资料1提出的假设，教师引导学生设计实验证明“蒲公英全缘型和缺刻型产生原因由于环境对表现型的影响，遗传物质没有改变”。当然更重要的是引导学生正确设置对照实验。例如，另取向风荫蔽处的蒲公英的直根若干随机平分为甲、乙两组，并分别置于背风向阳处和向风荫蔽处进行培养，观察叶片形状。更换蒲公英再培养，可选择原本背风向阳处的蒲公英的直根分别置于背风向阳处和向风荫蔽处进行培养。

教师针对资料2及其现象解释的假设进一步设置情景，并提出问题：“现有一只用含有该种添加剂的食物喂养的黑体雄果蝇，请设计一个实验探究其遗传因子组成？”同时，引导学生提出假设：一种假设是该黑体果蝇含有"V”基因;另一种假设是该黑体果蝇不含"V”基因。继续，引导学生根据自己的假设去设计实验验证。

2 思维发散，以类比分析进行概念变式深入理解本质

经过上述假设演绎过程，初步体会到相关生物学现象背后涉及的“表現型=基因型+环境”这一概念的本质，此时继续呈现新的材料从不同的角度围绕核心概念进行类比分析，体会大概念对相关生物学现象解释的统摄性，聚焦概念的真正本质。

2.1 以“从性遗传”进行类比分析

【例1】绵羊的有角和无角受常染色体上一对等位基因控制，有角基因H为显性，无角基因h为隐性，在杂合子（Hh）中，公羊则表现有角，母羊则无角。针对材料，教师引导学生大胆提出对“奇怪”现象的假设，再逐渐带领学生思考以下问题：

①可否根据提出的“表现型=基因型+环境”解释上述现象？

②现有一只无角母羊，其基因型可能是什么？

③怎样通过交配实验鉴定一只无角母羊的基因型？

2.2 以“牝鸡司晨”进行类比分析

教师呈现教材材料：原来下过蛋的母鸡，以后却变成公鸡，长出公鸡的羽毛，发出公鸡的啼声。接着，提出问题：①从遗传的物质基础和性别控制的角度，解释这种现象出现的可能原因。②如果有一只公鸡，则其可能本身是公鸡，也有可能是一只母鸡性反转而成的公鸡。请设计一交配实验判断该只公鸡性染色体组成？

实际教学中有趣的是，因为鸡性别决定为“ZW”型，学生在设计杂交实验并进行演绎推理时自然提出性别为“WW”的个体会致死。以上两则材料将知识与生活现象结合，学生在假设的问题情景中根据生物学原理解决问题，实现深度学习。

2.3 以“果蝇变翅”进行类比分析

教师先呈现背景材料：遗传学家曾经做过这样的实验，长翅果蝇幼虫正常的培养温度为25℃，将孵化后4-7 d的长翅果蝇幼虫放在35-37℃的环境中处理6-24 h后，得到了一些残翅果蝇。接着，给出相应问题：①根据现象，提出解释现象的假说。②请设计相应杂交实验证明你的假说。

针对问题①，结合“表现型=基因型+环境”，学生自然给出因为环境因素影响了果蝇相应的性状的解释;针对问题②，学生可能提出方案，如“让性状改变的残翅果蝇又放在正常的温度下培养，看是否恢复长翅，或让残翅果蝇在正常温度下产生后代，看是否仍然是残翅”。

课堂中，教师还可进行提示并追问：基因可控制性状，温度影响酶的活性进而影响原本长翅性状的表达，可以说明基因、蛋白质与性状之间的关系。学生讨论，回答：基因通过控制酶的合成来控制代谢过程，进而控制生物体的性状。

3 迁移应用，综合概念的本质和变式进行延伸拓展

在理解基因、蛋白质、性状和环境之间的关系时，教师也可对“基因指导蛋白质合成”的相应内容进行拓展，同时可选择课堂内外甚至当前生物学研究前沿先关的话题作为教学内容并讨论。

3.1 延伸植物激素调节的理解

教师引导学生回忆植物向光弯曲生长的机制以及各种植物激素共同调节对植物生长的影响实例，引导学生提出光照、温度等环境因子的变化，会引起植物体内产生包括植物激素在内的多种变化，进而对基因组的表达进行调节。这样可以让学生再次体会“生物与环境”模块中植物生长发育过程，根本上是基因组在一定时间和空间上程序性表达的结果，体会植物生命活动调节也是由外界环境、基因表达共同作用的结果。

3.2 拓展到袁观遗传的学习

首先，教师提出表观遗传的特征，即某些基因中碱基序列不变但表现型改变。接着，举例：有研究发现女性怀孕期间遭受营养不良对孙代的体重会有影响;也有研究发现父亲高脂饮食导致子代认知功能受损。学生结合表观遗产的概念进行解释。接着，再次结合实例深入探讨表观遗传的可能机理：基因相同的两株柳穿鱼，其中一植株开花时因Lxyc基因正常表达花呈现A形态，另一植株Lcyc基因由于高度甲基化不能表达其花呈现B形态。将两植株杂交F.代表现A形态的花，F2代有大部分开A形态的花，有少部分开B形态的花。这样让学生体会这种遗传物质没有发生实质改变的遗传。

3.3 结合科学、技术与社会的进行应用

教师可介绍2019年诺贝尔生理学或医学奖关于“揭示细胞感知和适应氧气供应的机制”的研究成果：研究者揭示细胞如何感知并适应氧气供应的变化，鉴别出了一种特殊的分子机制，其能调节基因的活性来响应不同水平的氧气，并结合“表现型=基因型+环境说”概念，使学生体会基因与环境之间存在着复杂关系，与该概念相关的机理还有很大的空间值得研究。

教师再呈现杂交水稻的材料，以说明“表现型=基因型+环境”生物学观念在实际生产中的应用：水稻一般是自花传粉且去雄困难，很难实施人工杂交，袁隆平等成功找到了雄性不育植株（“野败”），免去人工去雄的操作，选取的雄性不育與育性正常植株杂交后代全为雄性不育，不育植株自交后代却有雄性不育与育性正常的性状。学生不禁要问：“雄性不育植株如何实现自交的？”教师给出提示：“雄性不育在高温下表现为雄性不育，而在常温下表现为育性正常。”这样使学生体会“表现型=基因型+环境”生物学观念在实际生产中随处可以体现，所以科学家研究时在基因道路上行不通，往往会尝试改变环境因素。

4 结语

核心概念的学习不是单纯的知识梳理，也不是简单地将各类知识进行整合，最终还得为生命观念的形成服务，“表现型=基因型+环境”概念的变式学习是以系统论的科学思想引领完成核心概念的延伸。当然，对概念进行变式是为了对本质更加清晰的认识，理解概念本质和内涵后，更能灵活充分地对概念进行综合、迁移和应用。课堂中，教师可围绕某些观念对概念进行纵向深入理解和横向拓展，在此过程中可以结合新的情景，呈现新的事实材料、新的研究发现、社会热点甚至科学发现中遇到的难题等重新审视核心概念。

参考文献：

[1]郭华.深度学习及其意义[J].课程·教材·教法，2016，36（11）：25-32.

[2]吕爱民.浅析环境因素和遗传因素对生物性状影响的实验设计[J].生物学教学，2009，34（04）：46-47.

[3]吴开其，张晋.“泡开”生物学核心的概念、原理和问题——再论“两次倒转”教学机制的应用关键[J].生物学教学，2019， 44（2）：24-27.