利用染色體模型開展核心概念教學

王愛東

摘要 利用塑料包裝繩為主要材料，自制染色體模型，開展有絲分裂、減數分裂、基因分離定律和自由組合定律實質等部分相關核心概念的教學，取得良好的教學效果。

關鍵詞 染色體模型 核心概念 概念教學

中圖分類號 G633.91 文獻標志碼 B

《普通高中生物學課程標準f2017年版1》（以下簡稱新課標）在教學內容要求中提到以下概念：描述細胞通過不同的方式進行分裂，其中有絲分裂保證了遺傳信息在親代和子代細胞中的一致性；闡明減數分裂產生染色體數量減半的精細胞或卵細胞；闡明有性生殖中基因的分離和自由組合使得子代的基因型和表現型有多種可能，并可由此預測子代的遺傳性狀等等。對上述概念的學習和認知都依賴染色體的行為和數量變化。而對中學生而言，“染色體”還是較為抽象的概念，因此，新課標在教學提示中建議運用“模型”開展相關教學活動，促進學生生物學核心素養的提升。筆者利用塑料包裝繩為主要材料，自制染色體模型進行教學實踐，取得了良好的教學效果。

1模型的制作

1.1材料和工具

塑料包裝繩（紅色和白色各1卷）、雙面膠、剪刀、卷尺、硬紙板若干。

1.2制作方法

染色質是由DNA和蛋白質組成，其中DNA是遺傳物質，因此在模型中重點突出DNA。將兩根塑料包裝繩對齊后在繩子中間一起打結，繩結代表著絲點。之后用手搓繩，使其纏繞在一起，代表雙螺旋的DNA分子（圖1），模擬染色質的形態。利用雙面膠纏繞著絲點，將兩組圖1模型粘在一起，模擬復制后的染色質（圖2）。

將圖1染色質模型一端固定，用手搓另一端，直到繩子中間出現自動纏繞的趨勢為止，然后兩端分別向繩結對折，繩子會自動纏繞（圖3），模擬高度螺旋狀態的染色體。利用雙面膠纏繞著絲點，將兩組圖3模型粘在一起，模擬復制后的染色體（圖4）。

2教學應用

2.1利用模型進行基本概念教學

2.1.1染色質和染色體

細胞未分裂時，染色質為細長的絲狀（展示圖1模型）。細胞分裂間期DNA復制，一個DNA分子復制成2個相同的DNA分子，仍連接在同一個著絲點上（展示圖2模型）。為了便于遺傳物質平均分配，在細胞分裂前期染色質會高度螺旋化為染色體（展示圖4模型），在細胞分裂后期染色體后一份為二（展示圖3模型），并且平均到兩個子細胞，染色體解螺旋為染色質（圖5）。這樣使學生掌握：染色質和染色體本質上是相同的，只是在細胞分裂過程中存在時期不同，狀態不同。

2.1.2同源染色體和非同源染色體

同源染色體是指形狀和大小相同、一條來自父方，一條來自母方的兩條染色體。圖6中的染色體顏色不同代表來源不同，著絲點的位置以及著絲點兩側染色體臂的長短可以幫助學生判斷染色體的性狀。據此，學生很容易判斷出1和2、3和4、5和6為同源染色體。在認識同源染色體的基礎上，很容易判斷出，除2號染色體外，1號染色體與其他染色體均為非同源染色體關系。教師進而要求學生列出圖中所有的非同源染色體的分組情況，為后續的學習做鋪墊。

2.1.3等位基因和非等位基因

等位基因是只控制相對性狀的基因，往往位于同源染色體的相同位置上。假如一個細胞的基因型為AaBbEe，位于兩對同源染色體上。標出部分基因（A、b、E）在染色體上的位置（圖7A），要求學生標出其余基因在染色體上的位置，具體見圖7B。根據上述結果，學生能清晰認識到非等位基因包括位于同源染色體上的非等位基因（如A/a和B/b）和位于非同源染色體上的非等位基因（如A/a和E/e）。

2.1.4聯會和交叉互換

在減數第一次分裂前期，同源染色體兩兩配對的現象叫做聯會（圖8）。此時每條染色體都含有兩條染色單體。因此，聯會后的每對染色體都含有4條染色單體，稱之四分體。四分體中的非姐妹染色單體之間經常發生交叉互換（圖9）。

2.2利用模型進行核心概念教學

2.2.1有絲分裂教學

有絲分裂保證了遺傳信息在親代和子代細胞中的一致性。上課時，教師先請學生嘗試對有絲分裂的過程作出假設。學生作出以下兩種假設：

①染色體不復制，細胞直接分裂；

②染色體復制1次，細胞再分裂。

針對上述2種假設，學生分析哪種假設最有可能并闡述理由，最后師生達成共識——第二種假設更有科學道理。

之后，根據第二種假設，學生利用課前準備好的兩對即4條染色體在課桌上演示染色體的動態變化過程。學生思考討論演示的過程中，教師巡視、指導并參與討論。教師提出問題：如何判斷演示的過程是否正確？學生觀察洋蔥根尖有絲分裂永久裝片，加以驗證。最后師生形成共識，教師利用模型統一演示有絲分裂分裂過程。

教師要求學生根據模型描述有絲分裂各個時期的特征，體會有絲分裂如何保證遺傳信息在親代和子代細胞中的一致性。

2.2.2減數分裂教學

高等動植物普遍采用有性生殖的方式產生后代，即先產生精子和卵細胞，然后受精形成受精卵，由受精卵發育成新個體。教師提出問題：生物能否通過有絲分裂產生精子和卵細胞，然后受精形成受精卵？學生討論分析得出結論：不可能，那樣每繁殖一代，子代個體的細胞內的染色體數目都會增加一倍。教師告訴學生：因此生物學家魏斯曼理論上預測，精子和卵細胞成熟過程中，染色體數目會減少一半。受精時精子和卵細胞融合，恢復正常的染色體數目。這個假設并且得到其他生物學家證實。學生學習減數分裂概念。

根據減數分裂概念，利用自制的兩對即4條染色體模型，在課桌上演示在形成精子或卵細胞的時候，染色體的動態變化過程。學生討論、推理、演示減數分裂過程，教師巡視課堂、引導并參與小組討論。經匯總，學生展示的模型大體分兩種情況：

①著絲點先分離、染色體數目加倍，然后同源染色體相互分離；

②同源染色體先分離，姐妹染色單體再分離。

第一種情況可能是受有絲分裂知識的影響。究竟哪種情況更接近科學事實，仍然需要證據支持。教師引導學生觀察蝗蟲精巢、植物花藥減數分裂永久裝片，對各自假設加以驗證。最后，學生歸納出統一的減數分裂過程模型。由于減數第一次分裂后期同源染色體相互分離，非同源染色體自由組合，實際學生還會在減數第一次分裂后期演示如圖10B所示，最終會產生與圖10A中不同的兩種配子。

如果在圖10中的兩對同源染色體上各標注一對等位基因，結合減數分裂過程，即可幫助學生很好的理解和掌握基因的分離和自由組合定律的實質。

3教學反思

筆者通過引導、帶領學生制作染色體模型，開展相關核心概念，突顯概念的本質，從而使復雜的、抽象的生命現象或過程得到簡化，也更加直觀化。教師動態展示有絲分裂、減數分裂等過程，有利于學生理解和掌握染色體的行為和數量變化，幫助學生使知識系統化、規律化、形象化。適當利用模型進行探究學習時，教學達到事半功倍的效果。

教師以模型為載體，采用提出問題、做出假說、演繹推理、驗證的科學探究模式開展教學，并設置不同的學習活動，充分調動學生思考、表達和動手能力，充分發揮學生課堂學習的主動性，提高學生的課堂參與度。學生在動手演示的過程中，生成一些“意外的”問題資源，經過教師恰當運用、解決，讓課堂增添精彩和活力。