提煉題型優(yōu)化例題 聚焦發(fā)展科學(xué)思維
——以“有絲分裂和減數(shù)分裂”為例

廣東 吳浩欽

《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》（以下簡稱《課程標(biāo)準(zhǔn)》）中指出科學(xué)思維是運(yùn)用科學(xué)的思維方法認(rèn)識事物、解決實(shí)際問題的思維習(xí)慣和能力。生物學(xué)的科學(xué)思維是基于生物學(xué)事實(shí)和證據(jù)，運(yùn)用歸納與概括、批判性思維、創(chuàng)造性思維等方法，探討、闡釋生命現(xiàn)象及規(guī)律，也是有效解決問題的關(guān)鍵能力。《課程標(biāo)準(zhǔn)》對細(xì)胞有絲分裂和減數(shù)分裂內(nèi)容的具體要求是“描述細(xì)胞通過不同的方式進(jìn)行分裂，其中有絲分裂保證了遺傳信息在親代和子代細(xì)胞中的一致性”“闡明減數(shù)分裂產(chǎn)生染色體數(shù)量減半的精細(xì)胞或卵細(xì)胞”，這是高中生物課程的難點(diǎn)。在比較有絲分裂與減數(shù)分裂的過程中，學(xué)生需要建立較好的空間想象能力、掌握比較與分析圖像、曲線和圖表并相互轉(zhuǎn)換的能力，才能有效地解釋相關(guān)生命現(xiàn)象、解答各類型試題。筆者在帶領(lǐng)學(xué)生復(fù)習(xí)時(shí)發(fā)現(xiàn)，分析和比較細(xì)胞增殖過程中相關(guān)物質(zhì)的變化與聯(lián)系是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的良好素材，通過提煉?？嫉念}型，如文字?jǐn)⑹?、圖像識別、曲線圖像匹配等，將設(shè)計(jì)制作模型、辨析圖像、轉(zhuǎn)換圖表、材料分析等常見例題融入復(fù)習(xí)課中，以發(fā)展學(xué)生科學(xué)思維為目的，引導(dǎo)學(xué)生對細(xì)胞增殖的過程進(jìn)行比較和歸納，掌握知識與答題技巧，訓(xùn)練并提升學(xué)生的科學(xué)思維能力。

一、制作模型，重視觀察和概括能力

【例1】根據(jù)教材圖示的染色體簡圖，學(xué)生用黏土制作染色體模型，分析不同細(xì)胞增殖方式中相關(guān)物質(zhì)的變化，填寫下表中不同時(shí)期細(xì)胞內(nèi)染色體、染色單體、染色體組和核DNA的數(shù)目。

【設(shè)計(jì)意圖】制作模型，能夠促進(jìn)學(xué)生運(yùn)用觀察和分析、歸納與概括等科學(xué)思維方法認(rèn)識生命現(xiàn)象和原理。筆者讓學(xué)生用不同顏色的超輕黏土制作染色體模型，分析不同增殖過程中染色體的行為變化，學(xué)生通過擺好染色體的位置，描述整個(gè)分裂過程，并做好相應(yīng)數(shù)據(jù)的記錄，這有助于學(xué)生直觀理解有絲分裂與減數(shù)分裂整個(gè)過程的物質(zhì)變化。學(xué)生還可以用模型直接演示交叉互換、自由組合的過程，分析分裂過程中出現(xiàn)的變異情況，如同源染色體不分離、姐妹染色單體不分離等現(xiàn)象（如圖1）。制作染色體模型可以改變枯燥無味的講練復(fù)習(xí)課模式，提高學(xué)生的參與度。在復(fù)習(xí)課中還應(yīng)關(guān)注“姐妹染色單體”“同源染色體”等核心概念的教學(xué)，運(yùn)用該模型與建模的研究方法，幫助學(xué)生運(yùn)用結(jié)構(gòu)與功能觀解釋有絲分裂過程中遺傳信息在親、子代細(xì)胞間的一致性，極大程度地提升學(xué)生對細(xì)胞增殖過程的認(rèn)識和歸納，也有助于提升學(xué)生分析信息和轉(zhuǎn)化信息的能力，這也是學(xué)生深刻理解、靈活應(yīng)用知識的能力基礎(chǔ)。

圖1 黏土制作的染色體模型與分裂過程中的染色體行為

二、辨析圖像，關(guān)注養(yǎng)成批判性思維

【例2】從某動物的性腺中分離不同的細(xì)胞，用簡圖描述細(xì)胞中的部分染色體行為（如圖2），下列分析正確的是（ ）

圖2

A.甲細(xì)胞處于減數(shù)第一次分裂前期，此時(shí)期細(xì)胞內(nèi)的染色體發(fā)生復(fù)制

B.乙細(xì)胞表示次級精母細(xì)胞，此時(shí)期細(xì)胞內(nèi)的染色體數(shù)與體細(xì)胞相同

C.丙細(xì)胞處于減數(shù)第一次分裂后期，圖示細(xì)胞內(nèi)的染色單體數(shù)是4條

D.丁細(xì)胞的子細(xì)胞屬于體細(xì)胞，子細(xì)胞可能繼續(xù)有絲分裂或減數(shù)分裂

【答案】D

【設(shè)計(jì)意圖】本題主要以圖形考查有絲分裂、減數(shù)分裂過程染色體行為的分析，以及判斷染色體、染色單體數(shù)量。通過辨析圖像，識別染色體的結(jié)構(gòu)與行為，培養(yǎng)學(xué)生形成批判性思維和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度。染色體在減數(shù)分裂中重要的行為變化有：同源染色體聯(lián)會與分離，非同源染色體自由組合。甲細(xì)胞沒有發(fā)生同源染色體聯(lián)會配對，根據(jù)染色體零散分布于細(xì)胞中，可推測該細(xì)胞處于有絲分裂前期，而染色體的復(fù)制發(fā)生在分裂間期；乙細(xì)胞雖然胞質(zhì)均等分裂，也可能表示極體的分裂；丙細(xì)胞的同源染色體發(fā)生分離，說明其處于減數(shù)第一次分裂后期，但圖示細(xì)胞內(nèi)的染色單體數(shù)為8條；丁細(xì)胞是有絲分裂后期的細(xì)胞，其子細(xì)胞屬于體細(xì)胞，在性腺內(nèi)，精原細(xì)胞或卵原細(xì)胞均可能進(jìn)行有絲分裂或減數(shù)分裂。解讀試題時(shí)，教師可進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識染色體的形態(tài)，識別染色體、染色單體的數(shù)量。根據(jù)著絲粒在染色體上所處的位置，可將染色體分為中著絲粒染色體、亞中著絲粒染色體、端著絲粒染色體等類型（如圖3）。該試題的甲、丙細(xì)胞中存在端著絲粒染色體，故其染色單體數(shù)為8。

圖3 不同結(jié)構(gòu)類型的染色體

三、轉(zhuǎn)換圖表，掌握信息轉(zhuǎn)換方法

【例3】雄果蠅（2n=8）精巢內(nèi)不同細(xì)胞進(jìn)行分裂時(shí)某些物質(zhì)的數(shù)量變化如圖4，回答下列問題：

圖4

（1）圖中的①②③分別表示__________、__________、___________。

（2）初級精母細(xì)胞中的染色體發(fā)生____________________________，使配子具有多樣性，這些細(xì)胞符合圖4的細(xì)胞類型__________。

（3）細(xì)胞類型Ⅲ的物質(zhì)不同于細(xì)胞類型Ⅱ的原因是_______________，若Ⅰ表示處于分裂期的細(xì)胞，則細(xì)胞類型Ⅰ所對應(yīng)的分裂方式和時(shí)期是________________________，細(xì)胞Ⅳ表示___________________細(xì)胞。

（4）精巢某些細(xì)胞內(nèi)的有關(guān)物質(zhì)能否出現(xiàn)細(xì)胞類型V的情況，理由是________________________________________________________________。

【答案】（1）染色體數(shù) 染色單體數(shù) 核DNA數(shù) （2）交叉互換和自由組合 Ⅱ （3）同源染色體彼此分離，分別進(jìn)入次級精母細(xì)胞，使染色體數(shù)目減半 減數(shù)第二次分裂后期 精 （4）能，處于有絲分裂后期和末期的精原細(xì)胞，一個(gè)細(xì)胞內(nèi)的染色體數(shù)為16，核DNA數(shù)為16個(gè)，此時(shí)期不含染色單體

【試題分析】例3以抽象的數(shù)據(jù)信息考查學(xué)生對有絲分裂和減數(shù)分裂過程中染色體、染色單體、核DNA數(shù)量變化的掌握情況，此類題型學(xué)生最容易混亂，具備抽象與概括、信息轉(zhuǎn)換的科學(xué)思維能力是解題的關(guān)鍵，答題時(shí)宜將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為熟悉的圖形信息進(jìn)行分析。例3用柱狀圖信息，引導(dǎo)學(xué)生將掌握的信息進(jìn)行加工和轉(zhuǎn)換、將抽象的信息具體化、復(fù)雜的信息簡單化，訓(xùn)練學(xué)生掌握信息轉(zhuǎn)化的技巧，提升學(xué)生概括和歸納的科學(xué)思維能力。細(xì)胞類型Ⅰ～V中，②偶爾變?yōu)?，則表示染色單體數(shù)目，①與③的比例為1∶2或1∶1，又因每個(gè)染色體上含1個(gè)或2個(gè)DNA，所以①表示染色體數(shù)目，③表示核DNA數(shù)目。將上述細(xì)胞中的物質(zhì)轉(zhuǎn)化為學(xué)生們熟悉的染色體圖形信息如圖5：

圖5

初級精母細(xì)胞的每個(gè)染色體含有2個(gè)DNA，且染色體數(shù)目未減少，屬于細(xì)胞類型Ⅱ，其細(xì)胞內(nèi)的染色體發(fā)生交叉互換和自由組合使配子具有多樣性；細(xì)胞類型Ⅲ的染色體數(shù)是Ⅱ的一半，染色體形態(tài)未發(fā)生改變，原因是同源染色體彼此分離，分別進(jìn)入次級精母細(xì)胞；在分裂期中，細(xì)胞類型Ⅰ的染色體的著絲點(diǎn)分裂，且染色體數(shù)目與體細(xì)胞數(shù)目相同，則代表減數(shù)第二次分裂后期的次級精母細(xì)胞；細(xì)胞Ⅳ只含4條染色體，且每條染色體只含1個(gè)DNA，則表示精細(xì)胞或精子；精巢內(nèi)的精原細(xì)胞既能進(jìn)行有絲分裂又能進(jìn)行減數(shù)分裂，細(xì)胞類型V的染色體數(shù)為16，則表示有絲分裂后期或末期的細(xì)胞。

四、解讀曲線，提升歸納和綜合思維能力

【例4】某二倍體生物細(xì)胞分裂過程中有關(guān)物質(zhì)數(shù)量變化如圖6所示，下列分析錯(cuò)誤的是（ ）

圖6

A.圖甲和圖乙中AB時(shí)段物質(zhì)變化的原因相同，CD段的變化原因不同

B.圖丙細(xì)胞中出現(xiàn)A基因發(fā)生于圖乙中BC時(shí)段

C.圖丙和圖丁細(xì)胞分別對應(yīng)于圖甲的BC、DE時(shí)段

D.圖乙HI后續(xù)的一段時(shí)間內(nèi)，細(xì)胞的分裂方式與圖丁相同

【答案】B

【設(shè)計(jì)意圖】例4主要結(jié)合曲線信息考查學(xué)生對細(xì)胞增殖過程中DNA含量變化的解讀，加強(qiáng)學(xué)生對細(xì)胞分裂圖像的認(rèn)識，解讀曲線模型需要準(zhǔn)確判斷不同時(shí)期細(xì)胞中染色體和DNA的行為變化，準(zhǔn)確分析圖像并將其與曲線的時(shí)段進(jìn)行匹配。通過解讀曲線，教師可引導(dǎo)學(xué)生將曲線與圖形或柱狀圖相匹配，提升信息的加工、分析與綜合，歸納圖像、曲線、圖表之間的聯(lián)系等關(guān)鍵能力，提升學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力。圖甲和圖乙中AB時(shí)段物質(zhì)變化的原因都是DNA的復(fù)制，CD時(shí)段形成的原因則分別是著絲點(diǎn)分裂，姐妹染色單體分開和同源染色體分離；圖丙細(xì)胞中出現(xiàn)A基因的原因是基因突變而不是交叉互換，發(fā)生在圖乙中的AB時(shí)段；圖丙所示細(xì)胞中每個(gè)染色體有2個(gè)DNA，圖丁所示細(xì)胞中每個(gè)染色體只有1個(gè)DNA，分別對應(yīng)圖甲的BC、DE時(shí)段；圖乙中GH時(shí)段表示受精作用，受精卵進(jìn)行有絲分裂，方式與圖丁所示細(xì)胞分裂方式相同。講解例4時(shí)，教師不妨引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建不同分裂過程中相關(guān)物質(zhì)的變化曲線圖，精準(zhǔn)區(qū)分某種分裂方式、某個(gè)時(shí)期的核DNA的數(shù)量、染色體的數(shù)量，每個(gè)染色體上的DNA、染色單體、染色體組的數(shù)量，并訓(xùn)練學(xué)生總結(jié)圖像與曲線或數(shù)據(jù)圖進(jìn)行信息匹配與轉(zhuǎn)換的方法（如圖7）。

圖7 有絲分裂和減數(shù)分裂中染色體與DNA數(shù)目的變化曲線

五、獲取信息，發(fā)展創(chuàng)造性思維和推理能力

【例5】哺乳動物受精卵的前幾次分裂異常可能導(dǎo)致子細(xì)胞出現(xiàn)多核現(xiàn)象，進(jìn)而引起胚胎發(fā)育異常?？蒲腥藛T利用小鼠（2n=40）受精卵對此進(jìn)行研究。

（1）正常情況下，小鼠形成精子與卵裂時(shí)，核DNA的復(fù)制分別發(fā)生在____________期，卵裂時(shí)核DNA通過____________，從而保證親子代細(xì)胞間遺傳物質(zhì)的穩(wěn)定性。

（2）科研人員利用熒光蛋白研究受精卵分裂過程中紡錘體的變化，得到如圖8所示結(jié)果。

圖8

①據(jù)圖8可知，第一次分裂開始時(shí)，受精卵細(xì)胞內(nèi)首先形成兩個(gè)相對獨(dú)立的紡錘體，兩個(gè)紡錘體主軸間的夾角（銳角）逐漸__________，形成“雙紡錘體”。

②來自______________的兩組染色體在處于分裂____________時(shí)會排在同一平面。分裂后期，_________隨著絲粒的分離而分開，染色體平分為兩組，在紡錘絲的牽引下移向細(xì)胞兩極。

（3）為研究多核形成原因，科研人員用藥物N（可使雙紡錘體相對位置關(guān)系異常）處理部分小鼠受精卵，觀察受精卵第一次分裂，結(jié)果如圖9所示。

圖9

在藥物N處理組中，發(fā)現(xiàn)兩種典型細(xì)胞圖像A和B，它們繼續(xù)完成分裂后，形成的子細(xì)胞內(nèi)細(xì)胞核和染色體數(shù)應(yīng)分別為（選填下列字母）細(xì)胞A：____；細(xì)胞B：____。

a.一個(gè)子細(xì)胞單核，另一個(gè)子細(xì)胞雙核

b.兩個(gè)子細(xì)胞均單核

c.兩個(gè)子細(xì)胞均雙核

d.單核子細(xì)胞的染色體數(shù)為40條

e.雙核子細(xì)胞的每個(gè)核內(nèi)染色體數(shù)為20條

f.雙核子細(xì)胞的每個(gè)核內(nèi)染色體數(shù)為40條

g.單核子細(xì)胞的核DNA有40個(gè)

h.雙核子細(xì)胞的每個(gè)核內(nèi)核DNA為10個(gè)

（4）綜合上述結(jié)果，可推測受精卵第一次卵裂時(shí)，若______________________________，則會形成多核細(xì)胞。

【答案】（1）減數(shù)第一次分裂前的間期、有絲分裂間 復(fù)制并均分到子細(xì)胞中 （2）①減小至零 ②雙親（或“精子和卵細(xì)胞”或“父本或母本”）中期 姐妹染色單體 （3）a、d、e、g c、e

（4）來自雙親的紡錘體不能正常形成“雙紡錘體”，受精卵的染色體可能會被拉至多個(gè)方向

【試題分析】本題結(jié)合圖文信息考查細(xì)胞分裂過程中核DNA的數(shù)量變化分析、受精卵遺傳物質(zhì)的來源和分裂異?，F(xiàn)象。借助信息資料培養(yǎng)學(xué)生獲取、提煉信息的能力，用生物學(xué)事實(shí)和證據(jù)運(yùn)用歸納與概括、創(chuàng)造性思維闡釋生命現(xiàn)象、審視細(xì)胞的生命歷程，通過分析細(xì)胞形成多核的原因發(fā)展邏輯推理思維能力。例5以科研成果為情境，以新的角度考查細(xì)胞遺傳信息通過配子并平均傳遞給子代的機(jī)制，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用創(chuàng)造性思維解釋親代、子代遺傳信息發(fā)生變異的原因，注重對學(xué)生語言表達(dá)能力、創(chuàng)造性思維的培養(yǎng)。由圖8可以看出，來自精子和卵細(xì)胞的兩組染色體在處于分裂開始時(shí)，形成兩個(gè)相對獨(dú)立的紡錘體，兩個(gè)紡錘體主軸間的夾角逐漸減小至零，形成“雙紡錘體”，最終使兩組染色體移動至細(xì)胞兩極，最后核膜將雌、雄原核融合成新核。如果無法形成“雙紡錘體”，來自精子或卵細(xì)胞的染色體可能會被拉至多個(gè)方向，在子細(xì)胞中出現(xiàn)多個(gè)細(xì)胞核。藥物N處理后的細(xì)胞形成多個(gè)細(xì)胞核，其中A細(xì)胞具有3個(gè)核，在含有單核的子細(xì)胞中，染色體來自精子和卵細(xì)胞，數(shù)量為40條，核DNA數(shù)為 40個(gè)；雙核的子細(xì)胞中每個(gè)核的染色體來源于精子或卵細(xì)胞，染色體數(shù)為20條，核DNA數(shù)為 20個(gè)。B細(xì)胞將形成4個(gè)核，每個(gè)子細(xì)胞將含2個(gè)核，雙核子細(xì)胞的每個(gè)核內(nèi)染色體數(shù)為20條，核DNA數(shù)為 20個(gè)。

教師在復(fù)習(xí)課中編制典型例題時(shí)，例題所考查知識點(diǎn)或設(shè)問應(yīng)指向單元內(nèi)容的主干知識，并涵蓋?？碱}型。必要時(shí)要對試題加以改編，使知識涵蓋范圍更廣，呈現(xiàn)的答題方法更全，使試題更具代表性。講評習(xí)題并不是簡單完成試題的作答，教師在此過程中更應(yīng)注重引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注怎樣解讀例題的信息，補(bǔ)全知識網(wǎng)絡(luò)，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)會運(yùn)用觀察、實(shí)驗(yàn)、查閱資料等多種手段獲取信息，運(yùn)用比較、分類、歸納、概括等方法對信息進(jìn)行加工的能力，啟發(fā)學(xué)生掌握應(yīng)對不同類型考題的答題技巧和方法，針對性地發(fā)展學(xué)生對應(yīng)的學(xué)科核心素養(yǎng)。教師在教學(xué)中要?jiǎng)?chuàng)設(shè)新穎的問題情境，設(shè)計(jì)有效激發(fā)學(xué)生思維的問題，倡導(dǎo)深度訓(xùn)練科學(xué)思維的教學(xué)環(huán)節(jié)，關(guān)注如何全面考查并發(fā)展學(xué)生的能力，使學(xué)生的知識學(xué)習(xí)與思維能力同步發(fā)展，從而在習(xí)得生物學(xué)知識的同時(shí)形成學(xué)科核心素養(yǎng)。