基于科學思維的“染色體變異”的教學

江 釤

(福建省寧德市高級中學 352100)

發展學生的科學思維是高中生物學課標要求之一。科學思維是對事物或問題進行觀察、比較、分析、綜合、抽象與概括的一種思維。是基于邏輯和思辨的一種思考問題的重要方式。教學上應該基于學生的認知水平，從學生的最近發展區出發，搭建思維的支架，引導學生主動觀察探究、比較推理、交流互動，應用類比、演繹、歸納和建模等思維方法學習新知，形成認知結構的同化和順應，達成對知識的深入透徹理解，建立科學概念。本文以“染色體變異”教學為例，探討教學上如何發展學生的科學思維。

1 不同思維方法在“染色體組”教學上的應用

染色體組概念是本節課的核心概念，教學上可采用不同策略，突破教學的重難點。

1.1 類比推理法 類比推理是根據兩個或兩類對象有部分屬性相同，從而推導出它們的其他屬性也相同的推理。應用類比推理，與某些原有知識聯系，有利于學生快速對該概念的理解。類比推理要選擇貼近學生認知的事物。“染色體組”可以使用兩只手類比，把一只手比喻成一個染色體組，其中不同手指代表非同源染色體。然后展示雙手，各手指相對，類比細胞的兩個染色體組，設問： 為什么此時為兩個染色體組？教師引導學生只數大拇指的數目有2個。但是以上方法只能解決二倍體的問題，不能延伸到多倍體，尤其涉及到性染色體時更難說清楚。用撲克牌與染色體組類比則更形象些。用黑桃牌表示父方染色體，紅桃牌表示母方染色體，相同數字的黑紅兩張牌就表示一對同源染色體，還可以用大小王表示一對性染色體XX，再剪個半張牌表示Y染色體，不同數字的牌就表示非同源染色體。同時，可以用黑桃A和紅桃2表示為什么一條父方和一條母方的染色體不一定是同源染色體，X和Y染色體大小不同為什么是同源染色體等。

1.2 模型建構法 模型是人們為了某種特定目的而對認識對象所做的一種簡化的、概括性的描述，是科學研究中對復雜事物的一種簡單的描述方法。

教師在黑板用磁性貼表示雄果蠅精原細胞染色體，要求在細胞下的兩個空圓圈內表示出雄性果蠅可能產生的精細胞。學生積極思考討論、合作探究、學習建模。學生小組代表上講臺展示圖1A。教師問： 還有別的可能嗎？另一位學生上臺用磁性貼展示了圖1B，教師借圖追問： 精原細胞可能產生的配子一共有多少種？(2n)請你說說這些配子如何形成？配子中還有同源染色體嗎？形態結構相同嗎？有等位基因嗎？有全套基因嗎？而后引導學生根據配子圖形包含的信息，歸納出“染色體組”的概念[1]。

圖1 建構果蠅染色體組模型

將基因標在染色體上，有助于學生理解“同源染色體上的等位基因分離，非同源染色體上非等位基因自由組合”，理解果蠅配子(一個染色體組)的形成過程。讓學生說說“染色體組”概念，訓練學生由具體感性認知到抽象理性認識的思維能力。

2 不同思維方法在不同教學環節上的應用

2.1 模型建構，搭建思維模板 可通過構建模式圖與概念圖來學習不同的知識。

(1) 建構模式圖，學習多倍體的形成 列舉多倍體植物實例，多倍體生物是如何形成的呢？引導學生閱讀教材，思考分析多倍體形成的內在原因，教師再用課件將正常、異常兩個細胞分裂模式圖進行對比(圖2)，來揭示染色體組數規律，使抽象的問題簡單化。加深學生對多倍體形成的透徹理解。

圖2 正常有絲分裂與異常有絲分裂對比

(2) 梳理知識，構建染色體變異概念圖 基于學生的學情和有限的課堂時間，教師先在黑板畫出本節課染色體變異的概念圖框架。框框內容先空白，提供學習支架。學生體驗參與課堂活動，形成新認知，梳理歸納概念有關內容，師生合作，按教學程序先后填寫在黑板上(圖3)。可先建構子概念，再建構總概念，邊學邊寫，引導學生歸納建模。

圖3 染色體變異概念圖

同時，因課件的動態性，停留在黑板內容，學生可以反復看，板書與課件相結合，有利于知識的吸收，也體現了先行組織者的思維建構過程。

2.2 逆向思維，判斷變異的內在本質 逆向思維法是指為實現某一創新或解決某一因常規思路難以解決的問題，而采取反向思維尋求解決問題的方法。

圖2表示環青海湖地區年、季降水量變化趨勢。由圖可以看出，近50a來，該地區平均年降水量呈不顯著的增加趨勢。季降水量變化趨勢各不相同。春、秋兩季降水量總體呈下降趨勢，平均每10a分別下降1.5mm和1.0mm，春季波動大于秋季；夏、冬季降水量總體呈上升趨勢，平均每10a分別升高6.3mm和0.3mm，冬季降水量只占年降水量的1%，所以冬季降水量的增減對年降水量的變化影響很小。

出示練習題： 圖中不屬于染色體結構變異的是( )。學生思考討論，并說出判斷的理由。同時，教師指導學生在題中圈出變異部位，題中的B、 C、 D選項要求逆向思維，將圖還原，畫出未變異時的圖(圖略)，即可判斷變異是發生在同源染色體還是非同源染色體上。

2.3 比較相近概念，辨析概念的異同 比較思維是基于事物的相關性與差異性，是通過對兩種相近或是相反事物的對比進行思維，尋找事物的異同及其本質與特性。教學過程中概念的辨析，可以針對概念的要素，同中求異、異中求同，揭示概念的內涵和外延，明確其適用范圍[2]。

例如，可以基于2.2中的例子，以習題帶動知識點，引發學生積極思考、辨析概念歸納出： 染色體結構變異的增加(缺失)與基因突變的增加(缺失)的區別，基因突變、交叉互換與易位的區別，三種變異結果的區別。在概念辨析中進一步實現知識的深化。

又如，掌握了染色體組概念，分清細胞含幾個染色體組后，應用“染色體組”知識列表比較，辨析“單倍體”“二倍體”“多倍體”概念。教師引導學生關鍵從個體發育起點及體細胞中染色體組數，找出判斷的規律，并對單倍體生物為什么“一般是不育”加以分析。

2.4 演繹與歸納，重構知識的再認知 演繹推理是從一般性知識推出特殊性知識結論的推理，是應用已學知識，推理分析新問題的過程；歸納推理是以特殊知識為前提，推出一般性知識的思維方式，通過歸納推理，揭示事物的規律。

教師可出示練習題： 一對正常夫婦生了一個患紅綠色盲孩子(甲)和無致病基因的正常孩子(乙)，甲和乙的性染色體組成均為XXY。下列示意圖最能表明其原因的分別是________，甲男孩可能產生幾種配子？________。

A

B

C

D

本題需要正向推理和逆向推理相結合，理解細胞圖形的含義，進行文字信息與圖像的信息切換。課堂要求學生邏輯推理，說出解題思路。先判斷正常夫婦基因型，推理子代基因型為甲XbXbY、乙XBX-Y，結合A～D選項圖中染色體行為變化的含義，分析夫婦分別提供什么精子和卵細胞，得出原因分別是D，A或D。最后根據甲男孩的基因型，推理其減數分裂，可能產4種配子。

基于以上演繹推理，歸納總結染色體數目變異為： 由個別同源染色體或個別姐妹染色單體移向同一極導致形成個別染色體增減數目的(非整倍體)；染色體組成倍增減，導致形成整倍體。通過演繹推理，解決具體問題，學以致用；通過歸納推理，促進知識的內化。

染色體變異內容較為抽象，課堂教學利用圖表進行可視化表達，降低學生的認知難度。課堂進行不同方式的思維推理訓練，發展學生的科學思維，形成“認知→提高→再認知”，完成知識的再建構。