基于概念模型建構(gòu)的人類(lèi)遺傳專(zhuān)題復(fù)習(xí)設(shè)計(jì)

吳文清

摘要 在人類(lèi)的遺傳專(zhuān)題復(fù)習(xí)教學(xué)中，建構(gòu)有性生殖過(guò)程中染色體和相關(guān)基因傳遞的概念模型，可以較好地實(shí)現(xiàn)初中學(xué)生對(duì)遺傳及相關(guān)知識(shí)的概念化和體系化，深入理解生物遺傳模塊中的重要概念，發(fā)展理性思維能力。

關(guān)鍵詞 有性生殖 概念模型 染色體 基因

中圖分類(lèi)號(hào) G633.91 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 B

概念模型是科學(xué)模型中思維模型的一種形式，是學(xué)生在教師的引導(dǎo)下，利用已有的知識(shí)背景，自主建構(gòu)知識(shí)體系的過(guò)程，常用于生物學(xué)核心概念的學(xué)習(xí)。模型建構(gòu)是人們按照特定的科學(xué)研究目的，在一定的假設(shè)條件下，通過(guò)研究模型來(lái)揭示原型的形態(tài)、特征和本質(zhì)的方法，是以簡(jiǎn)化和直觀(guān)的形式來(lái)顯示復(fù)雜事物或過(guò)程的手段。模型建構(gòu)作為一種認(rèn)識(shí)手段和思維方式，在生物學(xué)教學(xué)中有著廣泛的應(yīng)用。

生物遺傳是建立在生物生殖發(fā)育基礎(chǔ)上的遺傳信息的傳遞和表達(dá)過(guò)程。學(xué)生通過(guò)初中生物遺傳模塊學(xué)習(xí)后，可以初步運(yùn)用基因在親子代之間的傳遞過(guò)程來(lái)解釋遺傳現(xiàn)象，但由于對(duì)生殖與遺傳的關(guān)系以及遺傳的本質(zhì)理解不到位，無(wú)法將遺傳知識(shí)概念化和體系化，導(dǎo)致無(wú)法熟練應(yīng)用概念，例如無(wú)法對(duì)遺傳基礎(chǔ)上發(fā)生的生物變異現(xiàn)象作出準(zhǔn)確的分析和解釋。因此，教師需要給學(xué)生提供必要的認(rèn)識(shí)手段來(lái)內(nèi)化遺傳模塊的有關(guān)概念。以人類(lèi)的遺傳專(zhuān)題復(fù)習(xí)為例，教師可以對(duì)教材內(nèi)容進(jìn)行重組，首先使學(xué)生理清有性生殖的基本過(guò)程和實(shí)質(zhì)，接著以有性生殖過(guò)程中遺傳信息如何傳遞為思維線(xiàn)索，促使學(xué)生建構(gòu)概念模型，促進(jìn)學(xué)生對(duì)重要概念的理解和應(yīng)用。

1回顧遺傳信息的載體——染色體的特點(diǎn)

教師展示人類(lèi)女性體細(xì)胞內(nèi)的染色體圖譜，通過(guò)“數(shù)一數(shù)”活動(dòng)，明確人類(lèi)體細(xì)胞中染色體的特點(diǎn)：共有46條，形態(tài)兩兩相同。

教師：不同生物的染色體上攜帶著特定的遺傳信息，從染色體角度來(lái)看每種生物體細(xì)胞中染色體的形態(tài)和數(shù)目保持恒定。例如果蠅體細(xì)胞中有4對(duì)染色體；蝗蟲(chóng)體細(xì)胞內(nèi)有12對(duì)染色體；豌豆體細(xì)胞內(nèi)7對(duì)染色體；玉米體細(xì)胞內(nèi)有10對(duì)染色體。細(xì)胞分裂過(guò)程如何保證了細(xì)胞前后代遺傳信息的穩(wěn)定？

教師展示動(dòng)植物細(xì)胞分裂的過(guò)程，總結(jié)細(xì)胞分裂的基本過(guò)程：細(xì)胞核先一分為二，接著細(xì)胞質(zhì)也一分為二，最后一個(gè)細(xì)胞分裂成兩個(gè)子細(xì)胞。

教師引導(dǎo)學(xué)生分析：因?yàn)槊繉?duì)染色體上都含有該種生物特定的遺傳信息，為保證這些遺傳信息能準(zhǔn)確無(wú)誤地傳遞給子代細(xì)胞，在細(xì)胞分裂過(guò)程中細(xì)胞核中的染色體會(huì)先進(jìn)行復(fù)制，形成形態(tài)和數(shù)量完全相同的兩份染色體；然后兩份染色體分別進(jìn)入到新形成的細(xì)胞核中；最終每個(gè)新形成的子細(xì)胞其染色體的形態(tài)和數(shù)量都和母細(xì)胞完全相同，遺傳信息就實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定傳遞。

2依據(jù)有性生殖的過(guò)程，建構(gòu)染色體傳遞概念模型

教師引導(dǎo)學(xué)生回顧人的生殖過(guò)程，與無(wú)性生殖進(jìn)行比較，明確有性生殖的特征：生物體雌、雄個(gè)體分別產(chǎn)生卵細(xì)胞和精子；在生殖活動(dòng)中，精子和卵細(xì)胞通過(guò)受精作用（細(xì)胞核融合）形成受精卵；受精卵經(jīng)過(guò)發(fā)育形成子代個(gè)體。

教師提出問(wèn)題：有性生殖過(guò)程中如何保證生物親子代遺傳信息的穩(wěn)定？假設(shè)經(jīng)細(xì)胞分裂形成的精子或卵細(xì)胞的染色體也是23對(duì)，精子與卵細(xì)胞結(jié)合成的受精卵中染色體的數(shù)目是多少？若為46對(duì)染色體呢？

教師：科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，進(jìn)行有性生殖的生物，其生殖細(xì)胞中的染色體數(shù)目為體細(xì)胞的一半，保證了父本產(chǎn)生的精子與母本產(chǎn)生的卵細(xì)胞隨機(jī)融合形成的受精卵，其細(xì)胞核中的染色體一半來(lái)自父本，一半來(lái)自母本。據(jù)此，請(qǐng)構(gòu)建有性生殖染色體傳遞概念模型（圖1）。

教師引導(dǎo)學(xué)生分析：從染色體的形態(tài)和數(shù)量?jī)煞矫娣治觯臣?xì)胞中的染色體形態(tài)各不相同，彼此不能成對(duì)，受精卵細(xì)胞中的染色體兩兩成對(duì)。受精卵是有性生殖生物個(gè)體發(fā)育的起點(diǎn)，染色體攜帶父母的遺傳信息通過(guò)受精卵結(jié)合在一起，共同對(duì)子代的遺傳性狀起作用。

3建構(gòu)有性生殖基因傳遞概念模型，分析人類(lèi)基因在親子代之間的傳遞

教師：遺傳信息在生物的生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中會(huì)起調(diào)控作用，使得生物體的后代表現(xiàn)出和親代個(gè)體相同或相似的形態(tài)結(jié)構(gòu)和生理特征，這些特征被稱(chēng)為生物的遺傳性狀。

教師展示資料1：遺傳學(xué)家通過(guò)研究，揭示了控制生物遺傳性狀的基本單位是基因，它們存在于細(xì)胞里的DNA分子上。DNA分子含有許多有遺傳功能的片段，其中不同的片段含有不同的遺傳信息，分別控制不同的性狀，這些片段就是基因。細(xì)胞核中的DNA分子和它們所攜帶的基因大多規(guī)律地集中在染色體上。每條染色體含有上千個(gè)基因。

教師要求學(xué)生根據(jù)資料1，填寫(xiě)染色體、DNA和基因三者的關(guān)系圖（圖2）。

教師展示資料2：遺傳學(xué)家進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)：控制生物性狀的基因有顯性和隱性之分，在生物的生殖細(xì)胞中，基因是單個(gè)獨(dú)立存在的；而在生物的受精卵和其他細(xì)胞中，基因則是成對(duì)存在的。成對(duì)的基因共同控制著生物體的某一遺傳性狀。用熒光染色技術(shù)可準(zhǔn)確地確定基因在特定染色體上的位置（圖3中藍(lán)色棒狀結(jié)構(gòu)為染色體，不同顏色的發(fā)光點(diǎn)為基因）。

教師要求學(xué)生完成關(guān)于基因與染色體關(guān)系的概念圖4，并完成技能訓(xùn)練技能訓(xùn)練1：Ⅰ號(hào)和Ⅱ號(hào)染色體為人類(lèi)體細(xì)胞中成對(duì)的染色體，那么這對(duì)染色體的來(lái)源有什么不同？1條來(lái)自于父本，1條來(lái)自于母本；從父方和母方的體細(xì)胞內(nèi)選取一對(duì)染色體，在每對(duì)染色體上分別用A或a表示成對(duì)的基因，構(gòu)建有性生殖基因傳遞概念模型（圖5）。

教師：根據(jù)孟德?tīng)栠z傳定律，基因組成為AA和aa的親本分別表現(xiàn)出相對(duì)性狀中的顯性性狀和隱性性狀?；蚪M成為Aa的子代個(gè)體表現(xiàn)為顯性基因所控制的性狀。在一個(gè)龍鳳雙胞胎家庭中父母和雙胞胎哥哥都是雙眼皮，妹妹是單眼皮，請(qǐng)嘗試分析為什么妹妹是單眼皮？請(qǐng)利用基因傳遞概念模型進(jìn)行分析并在小組內(nèi)展示。

4建構(gòu)有性生殖性染色體傳遞概念模型，分析人類(lèi)性別決定的過(guò)程和特點(diǎn)

學(xué)生：比較男性和女性染色體圖譜，回憶1～22號(hào)染色體男女彼此相同，被稱(chēng)為常染色體，第23號(hào)的兩條染色體男女不同，與性別形成有關(guān)，被稱(chēng)為性染色體。女性的性染色體可表示為XX，男性的性染色體表示為XY。

教師要求學(xué)生完成表1。遺傳病，患者不能分辨紅色和綠色。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，男性群體紅綠色盲癥的發(fā)病率約為6.8%，女性群體發(fā)病率約為0.5%。該遺傳病是由紅綠色盲基因控制的遺傳病。人類(lèi)控制色覺(jué)的基因位于X染色體上，Y染色體過(guò)于短小，缺失與X染色體同源的片段，所以沒(méi)有控制色覺(jué)的基因分布。

教師要求學(xué)生完成表2。

教師提出問(wèn)題：一對(duì)色覺(jué)正常的夫婦生了一個(gè)患有紅綠色盲癥的兒子，這對(duì)夫婦的色覺(jué)基因組成分別是怎樣的？（X^AY，X^AX^a）。這對(duì)夫婦再生一個(gè)孩子，生出患有紅綠色盲癥孩子的概率是多少？構(gòu)建該情境下的有性生殖色覺(jué)基因傳遞概念模型（圖7）。

首先教師利用擲硬幣活動(dòng)，讓學(xué)生了解什么是概率事件。再讓學(xué)生回顧模擬探究人類(lèi)性別決定活動(dòng)，指出小袋內(nèi)放數(shù)量相等的兩種顏色小球、每次只從小袋內(nèi)隨機(jī)摸出一個(gè)小球等操作都體現(xiàn)了人類(lèi)性別決定是概率性事件。最后，教師引導(dǎo)學(xué)生嘗試解釋人類(lèi)群體中性別比例接近1：1的原因：在自然人群中，男性產(chǎn)生x精子和Y精子的數(shù)量比接近1：1，兩種精子與卵細(xì)胞結(jié)合的機(jī)會(huì)是均等的，即形成XX和XY兩種合子的機(jī)會(huì)接近1：1，又由于兩種合子發(fā)育成新個(gè)體的機(jī)會(huì)是均等的。這三個(gè)均等的概率事件共同決定了在無(wú)人為干預(yù)下，人類(lèi)的性別比例接近于1：1。

5建構(gòu)有性生殖色覺(jué)基因傳遞概念模型，分析人類(lèi)紅綠色盲癥遺傳特點(diǎn)

教師展示資料3：紅綠色盲癥是一種常見(jiàn)的人類(lèi)

教師引導(dǎo)學(xué)生分析：由于父親的x染色體具有色覺(jué)正?；颍?jīng)婚配后將該基因傳給女兒，所以該家庭女性后代色覺(jué)都是正常的；而母親是色盲基因攜帶者，其產(chǎn)生的卵細(xì)胞一半含有色盲基因，經(jīng)婚配后所生的男孩有50%的可能性是色盲患者。綜合男孩、女孩的患病概率，這對(duì)夫婦生出患有紅綠色盲癥孩子的概率是25%。此外，如果這個(gè)家庭中的色盲癥患者再婚配，其色盲基因會(huì)傳給兒子，從而進(jìn)一步總結(jié)紅綠色盲癥的遺傳方式——隔代交叉遺傳。

本次概念模型建構(gòu)的創(chuàng)新教學(xué)重在通過(guò)展現(xiàn)生物的生殖與遺傳之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)，促進(jìn)學(xué)生理解遺傳是以染色體和基因?yàn)檩d體的信息傳遞過(guò)程，達(dá)成對(duì)“生物能以不同的方式將遺傳信息傳遞給后代；一些進(jìn)行有性生殖，后代的遺傳信息可來(lái)自不同的親本”這一重要概念的深刻理解。在分析具體案例中，學(xué)生的科學(xué)思維能力也得到了相應(yīng)的提高。