基于APOS理论的高中生物学概念教学

王婷婷

摘要：生物学教学一直聚焦在概念教学上，APOS理论符合学生的认知特点，能帮助教师解决学生在概念形成过程中存在的问题。本文基于APOS理论，对“减数分裂”的概念进行了教学设计，并借助全新育人方式，帮助学生主动构建生物学概念，提升科学思维能力。

关键词：AOPS理论;概念教学;减数分裂

生物学概念是高中生物学内容的基点，对生物学科的理解、学科观念的形成有着关键性作用。教育部2020年修订颁布的《普通高中生物学课程标准（2017年版）》将核心素养落实在整个育人阶段，注重学生主动参与课堂活动的过程，提倡学生自主建构知识，使其通过实践以及知识学习，能够充分理解相关概念知识。“减数分裂”的概念教学属于人教2017课标版《生物学·必修2》第2章第1节的内容，本节的教学重点是构建减数分裂的概念、理解同源染色体、联会等相关概念，教学难点在于如何让学生深入理解相关概念，并将所学知识应用于问题解决。为了进一步提高教学效果，更好的帮助学生构建生物学概念，本文结合生物的学科特点，在APOS理论基础上，对生物学概念“减数分裂”进行了教学设计。

APOS理论是美国教育学家杜宾斯基及其团队在建构主义理论上探索出来的，主要应用于数学概念教学，该理论强调学生在原有的认知和特定的情境中，通过思考主动构建知识结构的过程，侧重学生整体学习体验以及多元化发展。该理论模型有四个阶段，也就是实践、过程、对象、图式等几个不同阶段，符合学生认知的规律和新课程的要求。

一、活动阶段

活动阶段主要是对学生概念形成的基础进行设计，是通过相应的活动完成学生对概念的基本认识。在教学过程中，教师根据学生的认知规律设计活动，学生通过参与活动，丰富对核心概念的感性认知。

创设问题情境：展示动物胚胎形成过程图，引导学生从细胞角度说明进行有性生殖的生物是由一个细胞发育而来的。

问题引导1：①一个细胞要发育成一个个体需要经过什么样的过程？②受精卵由哪两个细胞形成？③展示人的染色体组成图：人的体细胞有23对46条染色体，如果精子和卵细胞的形成与体细胞的增殖一样，也是通过有丝分裂形成，结果会怎样？

设计意图：由问题①引出细胞分裂和细胞分化，引导学生回顾有丝分裂过程及意义，为学习减数分裂打下基础。由问题②引出受精整个阶段，学生在问题③情境下，结合有丝分裂思考配子的形成过程中，分析染色体数量的变化，进一步提出自己的猜想，使学生产生认识冲突，意识到有性生殖细胞的形成并不是通过有丝分裂产生，这样能够最大化教学效果，提升学生自主学习意识，使其主动加入新课的学习。

展示相关图片，学生观察图片并分析配子的染色体与体细胞染色体的差别，引导学生认识同源染色体，非同源染色体的概念。

设计意图：通过问题探讨，让学生对减数分裂有初步的认识。引导学生分析得出配子中除染色体数目减半外，染色体形态大小也不一样，引入同源染色体，非同源染色体的概念，使学生准确形成和辨析染色体的相关概念，为接下来学习减数分裂过程中染色体的变化提供支持。

二、过程阶段

过程阶段是概念的分析阶段，学生对活动阶段所获取的信息进行分析、归纳和概括。在这一阶段，教师以引导学生思维活动为主，并归纳概括出染色体的分配规律，最终形成属于学生自己的概念模型。

资料1：1883年，比利时细胞学家贝内登在研究马蛔虫的细胞分裂时发现，马蛔虫受精卵中有4条染色体，而卵细胞与精子中则为2条染色体。

思考讨论1：细胞如何实现染色体数目减半呢？

模型建构1：以含有两对同源染色体的细胞为例，尝试构建染色体数目变化模型图。

思考讨论2：同源染色体能否出现在同一个配子中？

设计意图：抓住染色体数目减半的特点，引导学生大胆设想积极构建染色体变化模型，并对模型进行修正，得出减数分裂过程中存在同源染色体分离现象，提升学生的科学思维能力。

资料2：展示玉米花粉母细胞减数分裂过程各时期图像。

思考讨论3：①1个花粉母细胞经减数分裂产生几个子细胞？②减数分裂是分裂一次还是分裂两次？③减数分裂复制几次，何时复制？④比较7号与8号图片，你能得出什么结论？

设计意图：引入实验证据，引导学生观察图像，通过问题讨论对减数分裂过程进行推理，并归纳得出减数分裂中的染色体在细胞分裂前复制一次，而后连续分裂两次，且染色体数目在减数第一分裂后减半，同源染色体进入不同细胞的结论。此过程有效激发学生的科学思维，初步获得减数分裂的概念，为构建减数分裂过程染色体行为变化做准备。

三、对象阶段

对象阶段即概念的整合阶段，认识到概念的整体性。教师引导学生对概念进行归纳，概括和总结，促使学生进行主动构建概念并掌握概念的细节部分，更为透彻地理解概念的内容。

模型建构2： 运用所学知识，以含有两对同源染色体的细胞为例，尝试对模型1进行修正。

设计意图：学生结合已知信息，对初构模型图1进行修正。用构建模型图的形式呈现出对减数分裂过程的理解，一方面培养了学生知识的整合应用的能力，另一方面加深了学生对抽象概念的理解。将所学知识应用于问题解决，是核心素养教育赋予高中生物教学的重要使命，因此教师在教学中关注学生整体发展，围绕核心素养和全新教学方式引导学生尝试解决实际问题，可以深化学生对知识的理解，使其构建自身的知识体系，以此来发展其自身学科素养以及多元能力，构建全新教育背景下的生物教学课堂。

问题引导：减数分裂的具体过程是怎样的呢？

结合教材P18-19页，哺乳动物精子的形成过程的示意图，引導学生自主学习精子的形成过程。

问题设置：①人和其他哺乳动物精子的形成场所？②其整体形成过程有哪些阶段？③染色体何时复制？有何特点？④减数分裂I过程染色体行为和数量的变化有哪些？⑤减数分裂II过程染色体行为和数量的变化有哪些，此过程与有丝分裂相比，有何异同？⑥精细胞与精子有哪些异同？

设计意图：鼓励学生用科学术语陈述精子的形成过程，进一步细化减数分裂的概念，加深对概念的理解。在探究过程中正确认识染色体的变化，理解同源染色体、非同源染色体、联会、四分体的概念，进而掌握染色体数目减半的原因。理解精子染色体组合多样性是由于四分体时期非姐妹染色单体的互换及非同源染色体的自由组合所致，尝试对课堂上构建的模型2做出合理解释，由浅入深的教学，有利于培养学生构建生物学概念的能力。

四、图式阶段

图式阶段是对活动、过程及对象三个阶段的知识进行整合分析的过程，帮助学生形成一个综合的图式结构。在教学中，教师带领学生将所学知识进行整合，并借助导图的方式，使其构建“减数分裂”这一概念知识框架，以此来深化学生对知识的理解，并在这一过程中培养学生综合能力以及多元学科素养。

播放手绘微视频：精细胞形成的整个过程。使其探索并思考整个过程中染色体的行为变化及各时期细胞的名称变化。以精子形成过程为例，完成减数分裂思维导图的构建。

设计意图：对教学内容进行归纳小结，通过思维导图帮助学生构建减数分裂概念框架，形成科学概念。在此基础上，学生总结归纳出减数分裂的概念。

反思：本教学设计基于APOS理论，运用多种教学手段，由浅入深引导学生主动构建起科学概念。本文引用科学资料及事实，以同源染色体为主线，指导学生建构减数分裂过程，鼓励学生建构并进行修正模型，降低学生对染色体数目和行为变化的理解难度，为学生学习打造良好教学环境，促使其学习积极性的提升及科学思维的发展。

参考文献：

[1]徐嘉婕.基于APOS理论的高中生物学核心概念教学的应用研究[D].陕西师范大学，2019.

[2]杨大祥.减数分裂的研究历史[J].生物学教学，2007（01）：61-63.