關(guān)于“減數(shù)分裂和受精作用”的教學建議

田文靜 龔大潔 王 飛

(西北師范大學教育學院 蘭州 730070)

“減數(shù)分裂和受精作用”是人教版高中生物學教材《遺傳與進化》模塊的第2章第1節(jié)內(nèi)容。減數(shù)分裂是分離定律及自由組合定律的細胞學基礎，它闡釋了孟德爾遺傳定律的本質(zhì)；減數(shù)分裂是自然情況下發(fā)生基因重組的根本來源，是個體產(chǎn)生可遺傳變異的重要原因，一定程度上為生物進化提供了可能。由于減數(shù)分裂過程抽象、復雜，涉及各時期細胞內(nèi)同源(及非同源)染色體的行為變化，以及染色單體、DNA分子的數(shù)量變化，且容易與有絲分裂的相關(guān)變化相混淆，學生難以理解和把握，因此一直是教學中的難點。依據(jù)對該部分內(nèi)容的分析，本文提出，從教材內(nèi)容出發(fā)，充分利用教材中的插圖信息，輔以實物演示法和簡筆畫法等直觀教學手段進行教學，加深學生的感性認識，幫助他們構(gòu)建清晰、完整的認知。

1 充分利用教材插圖

關(guān)于精子和卵細胞的形成過程，教材中附有直觀形象的圖解幫助學生理解。但也會有學生對教材圖解產(chǎn)生誤讀。圖2-2和2-5中，初級精(卵)母細胞含4對同源染色體，經(jīng)減數(shù)分裂產(chǎn)生的每個子細胞中貌似也存在一對形狀、大小相同的“同源染色體”，這對學生理解減數(shù)分裂時同源染色體分離，非同源染色體自由組合這一過程造成困擾?？删痛藛l(fā)學生思考并說明原因：教材圖解所示的初級精(卵)母細胞中有兩對同源染色體的形狀、大小十分相似，因而在次級精(卵)母細胞及子細胞中仿佛也看到了同源染色體。通過完善教材中的圖解，并經(jīng)過思考與討論，筆者歸納出如下三個優(yōu)化方案。

(1)調(diào)整染色體的形狀大小 最直接的方法為調(diào)整這2對相似同源染色體的形狀或大小，使圖中4對同源染色體的形態(tài)各不相同。通過體現(xiàn)差異來增加區(qū)分度，可有效避免子細胞中出現(xiàn)“同源染色體”的假象，明確減數(shù)第一次分裂結(jié)束后同源染色體分離這一特點。

(2)調(diào)整染色體的顏色 用4種顏色填充4對同源染色體，體現(xiàn)非同源染色體之間的顏色的差異，如此，每個通過減數(shù)分裂形成的子細胞均含4條顏色不同的染色體，表明其中不存在同源染色體。此法的缺陷在于：每兩條同源染色體顏色一致，難以區(qū)分。

(3)用成對基因表示同源染色體 利用4對等位(或相同)基因基因標記初級精(卵)母細胞的4對同源染色體，如AaBbCcDd或AabbCcDD，那么各時期細胞就有了特定的基因型。隨著同源染色體的分離，子細胞中就不會出現(xiàn)成對基因。

方案(1)和(3)既體現(xiàn)了非同源染色體之間的差別(形態(tài)和基因不同)，也突出了兩條同源染色體之間的差異(顏色和顯隱基因的區(qū)別)，因此不僅能直觀地表現(xiàn)減數(shù)分裂過程中同源染色體的分離，還能體現(xiàn)非同源染色體的自由組合。方案(2)無法區(qū)分兩條同源染色體，故不能體現(xiàn)出非同源染色體的自由組合。

2 教學建議

理解減數(shù)分裂過程的關(guān)鍵在于把握于各時期染色體的行為變化，尤其是在減數(shù)第一次分裂(簡稱減Ⅰ)后期，伴隨同源染色體分離的同時發(fā)生非同源染色體的自由組合。實際上，非同源染色體自由組合的方式在減Ⅰ中期便已確定。減Ⅰ中期，由紡錘體兩極發(fā)出的動粒微管隨機捕獲四分體中兩條同源染色體的動粒(著絲點)[1]，由此便確定了兩條染色體分別移往兩極的方向，故細胞的每一極中，非同源染色體的組合方式也成定數(shù)。

基于教材對該部分模糊處理的考慮，建議教師立足教材授課，適當啟發(fā)學生思考，避免牽涉過多細節(jié)導致適得其反。教師可借助繪制簡筆畫或直觀實物演示等方法，直觀形象地再現(xiàn)非同源染色體自由組合的過程，深化學生的感性認識。

2.1 繪制簡筆畫來呈現(xiàn)非同源染色體的自由組合 根據(jù)方案(1)的調(diào)整，初級精(卵)母細胞應含4種形狀、2種顏色共8條染色體，隨著減數(shù)分裂結(jié)束，每個子細胞含4條不同形狀的染色體，對應著5種顏色組合(4紅、3紅1黃、2紅2黃、1紅3黃、4黃)，綜合考慮染色體形態(tài)，子細胞有16種染色體組合。這與方案(3)中當初級精(卵)母細胞基因型為AaBbCcDd時產(chǎn)生子細胞基因型種類相同，綜合方案(1)和(3)，既突出染色體形狀、顏色的區(qū)別，又分別用4對等位基因標記同源染色體，繪制簡筆畫(圖1)來討論因非同源染色體自由組合而產(chǎn)生多種子細胞的情況(粗線代表紅色染色體，細線代表黃色染色體，分別用顯性基因與隱性基因標記，為方便起見，細胞內(nèi)省略染色體以基因代替)。

圖1 簡筆畫表示減數(shù)分裂非同源染色體的自由組合

由圖1看出，在減Ⅰ后期的初級精母細胞，細胞中有8種非同源染色體自由組合的方式，經(jīng)過減Ⅱ過程，形成16種基因型的精細胞(或精子)；與此不同的是，由于卵細胞的形成存在胞質(zhì)不均等分配現(xiàn)象，因此減Ⅰ后期的初級卵母細胞的兩極是有區(qū)別的，所以該時期的細胞有16種非同源染色體自由組合的方式，通過減Ⅱ過程，形成16種基因型的子細胞(卵細胞和極體)。

2.2 用實物演示非同源染色體的自由組合 不少教師利用撲克牌代表染色體，模擬減數(shù)分裂過程，但是點數(shù)和花色所代表的意義常被學生弄混。筆者在教學中，借助多種常見豆粒(雙子葉種子均可，用水浸泡2～3 h)、記號筆、刀片、紙和筆等物品，組織學生小組合作，一邊演示一邊敘述非同源染色體的自由組合，可達到較好的效果。不同種豆粒代表多對同源染色體，每種選取兩粒，用記號筆標記其中一粒(兩側(cè)都標記)，以示兩條同源染色體的區(qū)別，在事先畫好細胞輪廓的白紙上，將同種豆粒兩兩一組擺在細胞中表示聯(lián)會。減Ⅰ前期到中期，每組豆粒紛紛移向細胞中間，排在赤道板上；減Ⅰ后期，每組豆粒的兩顆分別移向細胞兩極，每一極含有不同種豆粒各一顆，但是標記與未標記豆粒的組合情況就產(chǎn)生有多種，這就出現(xiàn)了非同源染色體自由組合的問題，通過模擬多種組合得出結(jié)論：減Ⅰ結(jié)束可產(chǎn)生2n種子細胞(n為豆粒的種類數(shù)，即同源染色體的對數(shù))。也可繼續(xù)演示減Ⅱ過程(后期姐妹染色單體分開，可以用刀片從豆粒中間將兩片子葉切開來表示)，具體操作不再贅述。

3 小結(jié)與反思

我國古代著名教育家荀子認為，人的學習始于“天官之當薄其類”，即耳、目、鼻、口、形(身)等感覺器官對事物的接觸。

多媒體技術(shù)的推廣使教學形式更加豐富多樣，如幻燈片、錄像、動畫等方式不但直觀便捷，還擴大了學生的感知范圍，提高了他們多通道信息同時攝取和處理的能力。然而，這種教學方式有著很強的預設性，課程資源是現(xiàn)成的、可直接拿來用的，學生所獲取知識的深度尚欠缺。授之以魚不如授之以漁，在此基礎上，輔以簡筆畫法和實物演示法，體現(xiàn)了“知識生成式”教學，通過繪制簡筆畫逐步演示各時期染色體的行為，增強學生的感性認識。借機趁熱打鐵，引導學生合作學習，用花生、蠶豆等演示并描述各時期染色體的行為及數(shù)目變化。充分調(diào)動了學生各個感覺器官參與學習，將眼觀、耳聽、口述、動手、動腦相統(tǒng)一，體現(xiàn)學生的主體地位。

(基金項目：甘肅省高中課程改革教學與研究基地項目，No.甘教基二2014-2號；*通訊作者)