在探究中培養生物科學思維

谷朝陽

摘要：傳統有絲分裂教學偏重于對分裂過程的記憶和其中染色體行為的定性定量分析，而對學生理解辨析能力培養不足，筆者以學生好奇提問為起點，通過問題鏈的生成和設置，引導學生探究有絲分裂的分子機制，加深學生對有絲分裂本質的認識，并在此過程中引導培養學生的科學思維能力和科學探究方法，從而培養提升學生對生物學科核心素養。

關鍵詞：有絲分裂;染色體排列動力;核心素養

中圖分類號：G633.91???????????文獻標識碼：A文章編號：1992-7711（2019）16-046-1

在高中細胞有絲分裂部分，傳統的教學方法通常讓學生通過圖形、模型的展示或操作來掌握，具有一定效果，但學科核心素養的培養需要更加充分培養學生探究能力，筆者在教學過程中嘗試以問題鏈構建的形式，引導學生深入探究細胞分裂中的科學問題，培養其生物學科科學探究的核心素養。

在課堂講解之后，一個學生的問題引起了筆者的注意，“細胞有絲分裂中期，染色體為何能整齊排列在赤道板上？”如果完全按照教材內容回答，難免局限，能否以這個問題為開端，引導更多的同學從不同層面回答，進行更深入的科學思考呢？筆者組織了興趣小組，就這個問題進行深入探討，搜集答案并引導其提出更多問題，并自主探究解決。

一、問題鏈生成

1.問題1：細胞有絲分裂中期，染色體為何整齊排列在赤道板上？

教材答案：“每條染色體的著絲點兩側，都有紡錘絲附著在上面，紡錘絲牽引著染色體運動，使每條染色體的著絲點排列在細胞中央的一個平面上。”

2.思辨性問題2：既然是紡錘絲牽引，理論上每條染色體只需要一側有紡錘絲即可向一方牽拉？為何兩側都有？

3.思辨性問題3：兩側的紡錘絲如果同時向兩個方向牽拉，哪一側力量更大呢？

探究得知，目前存在兩種假說，牽拉假說和外推假說，前者認為染色體向赤道板方向運動是由于動粒微管牽拉的結果，微管越長，拉力越大。當來自兩極的拉力相等時，染色體即穩定在赤道板上;外推假說則認為染色體向赤道方向運動是由于星體（中心體及其外側的輻射狀微管道）的排斥力將染色體外推的結果。染色體越靠近中心面，星體對染色體的推力越強，當兩側力平衡時，染色體即穩定在赤道板上。也就是說兩側紡錘絲的作用能夠讓染色體在中期排列在赤道板也能在之后使其向一側運動。

答案似乎有了，但假說式的答案更加激發了同學們的好奇心和探索激情，這對學生從宏觀到微觀的思維轉化中具有重要啟迪，于是后續問題接踵而至。

4.問題4：如果按照牽拉假說，紡錘絲需縮短或變形才能牽拉染色體向一側運動，形變的原理是什么呢？

小組探究得知，紡錘絲的延伸或者縮短都在于構成紡錘絲的微管蛋白的自組裝。通過查找，大家觀看了微管蛋白的自組裝動畫，更對細胞骨架的微觀世界贊嘆不已，更加深入理解了細胞這個微觀的世界是那么瑰麗、奇妙。

5.問題5：由兩極發出的紡錘絲是如何準確地找到染色體著絲點的？又是靠什么力量附著在上面牽拉的呢？

小組探究得知：著絲粒是染色體上一段具有特殊DNA和蛋白質的區域，具有著與其他部位不同的結構，在相關蛋白質的引導下，微管蛋白與著絲點結合。

6.誘導問題6：染色體中著絲點存在的意義是什么，染色質里面有嗎？分裂完成后著絲點哪里去了？

同學們興趣越來越大，甚至查閱了大學教材，利用網絡等方法解決了諸多問題，但是未知問題也越來越多。同學們知道了，著絲點是一種臨時性的存在，隨著分裂進程存在著自身的組織和結構。

7.誘導問題7：著絲點分裂成兩個，與原來的那個還一樣嗎？

原來著絲粒與著絲點其實是不同的兩個概念和結構。

8.問題8：著絲點分裂的動力又是什么？是紡錘絲牽引拉斷的還是自主分裂的？

邏輯推理可知：著絲點應該不是紡錘絲拉斷的，秋水仙素抑制了紡錘絲形成后，染色體復制后依然能夠數量加倍，說明其著絲點在沒有紡錘絲牽拉的情況下也可以分裂，使染色單體分開。

9.問題9：著絲點在染色體上的位置為何不同，有些在中間，有些在靠近一端的位置？

著絲粒的區域在每條染色體上的位置是不同的，每種生物的特定染色體上具有特定的區域，其DNA組成與其他區域不同，可作為遺傳標記。

10.問題10：染色質壓縮成為染色體由紡錘絲牽拉到細胞兩極是將遺傳物質精確地平均分配到兩個子代細胞中的最佳方式嗎？有否更好的方案呢？

隨著教師逐步引導到評價性問題，學生開始思考染色體及分配方式，經過深入思考嘗試乃至模型搭建嘗試，染色質細絲的異常壓縮與糾纏均可能對染色體的平均分配產生影響，幾個同學均無法提出更好的平均分配遺傳物質的方案，加深了學生對生命活動的最佳設計的認識，對于進化有了更深刻的理解。

二、問題總結

小組成員提出的問題，環環相扣，層層深入，在教師的引導下不斷進行深入探究思考，激發了學生的探究欲望，培養了科學探究精神，在這個過程中，是以知識為材料，激發學生探索欲望，培養學生自主獲取知識的能力，從而增強其生物的核心素養。在這種學習中，能否解決問題已成為次要，共同探索成為最高效的學習方法，更培養了宏觀微觀順暢轉化的思想方法，用奇妙的微觀機制理解和解釋中觀、宏觀生物現象，更加增強了學生對于生命演化歷程認識、對生命的敬畏，從而培養了科學健康的生命觀念。

[參考文獻]

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