以實(shí)驗(yàn)為載體，搭建科學(xué)思維平臺(tái)
——以“減數(shù)分裂”專題復(fù)習(xí)為例

河北 崔 靜

高中生物核心素養(yǎng)要求學(xué)生學(xué)會(huì)運(yùn)用歸納與概括、演繹與推理、模型與建模、批判性思維等方法探討生命現(xiàn)象及規(guī)律，從而發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維。生物學(xué)是一門基礎(chǔ)自然科學(xué)，以觀察和實(shí)驗(yàn)為基本研究方法，其中實(shí)驗(yàn)教學(xué)是培養(yǎng)科學(xué)思維的重要途徑。高三復(fù)習(xí)階段是對(duì)知識(shí)的再認(rèn)識(shí)，不是知識(shí)的簡(jiǎn)單重復(fù)和疊加，是思維能力提升的關(guān)鍵時(shí)期。“減數(shù)分裂”專題一直是高中生物的重點(diǎn)和難點(diǎn)。本文嘗試以“減數(shù)分裂”專題復(fù)習(xí)為例，探討在高三專題復(fù)習(xí)中如何以實(shí)驗(yàn)為載體，搭建科學(xué)思維的平臺(tái)，突破教學(xué)的重難點(diǎn)。

1.以觀察實(shí)驗(yàn)為載體，理解減數(shù)分裂過程中染色體的行為變化

進(jìn)行“減數(shù)分裂”專題復(fù)習(xí)時(shí)，教師可引導(dǎo)學(xué)生通過回顧減數(shù)分裂的實(shí)驗(yàn)過程，進(jìn)而理解減數(shù)分裂過程中染色體的行為變化，復(fù)習(xí)時(shí)可讓學(xué)生思考以下問題：

（1）觀察減數(shù)分裂的過程，理論上可以選擇的實(shí)驗(yàn)材料為哪一種？最好選擇的實(shí)驗(yàn)材料為哪一種？

（2）若在顯微鏡下觀察細(xì)胞內(nèi)的染色體，實(shí)驗(yàn)材料至少需經(jīng)過什么處理？

（3）結(jié)合圖1（蝗蟲精母細(xì)胞減數(shù)分裂的顯微照片），闡明減數(shù)分裂過程中染色體的動(dòng)態(tài)變化。

圖1 蝗蟲精母細(xì)胞減數(shù)分裂的顯微照片

（4）結(jié)合圖1思考在減數(shù)分裂過程中染色體發(fā)生了哪些不同于有絲分裂的變化？

問題（1）需要學(xué)生歸納減數(shù)分裂的場(chǎng)所，分析不同生物不同生殖器官中減數(shù)分裂的特點(diǎn)；問題（2）要求學(xué)生明確制作臨時(shí)裝片時(shí)，處理實(shí)驗(yàn)材料的常用方法及目的；問題（3）要求學(xué)生不僅要學(xué)會(huì)觀察真實(shí)視野中的顯微圖像，還要通過排序把這些圖像變成一個(gè)動(dòng)態(tài)的過程；問題（4）引導(dǎo)學(xué)生思考減數(shù)分裂過程中染色體數(shù)目減半的機(jī)制。

以上四個(gè)問題以顯微觀察實(shí)驗(yàn)的形式還原了研究減數(shù)分裂過程的真實(shí)情景。顯微觀察類實(shí)驗(yàn)在高中生物學(xué)習(xí)過程中占有重要地位，它要求學(xué)生掌握三種技能，即顯微鏡的使用技能、臨時(shí)裝片標(biāo)本的制作技能、顯微圖像的觀察處理技能。在高三專題復(fù)習(xí)中，將減數(shù)分裂的知識(shí)以觀察實(shí)驗(yàn)的形式呈現(xiàn)出來，不僅要求學(xué)生要深入思考實(shí)驗(yàn)材料的選擇及處理、顯微圖像的觀察處理，還需要運(yùn)用歸納與概括、演繹與推理等方法比較不同時(shí)期細(xì)胞的染色體特點(diǎn)，把這些圖像變成一個(gè)動(dòng)態(tài)的過程，在這個(gè)過程中，學(xué)生就會(huì)對(duì)染色體的行為變化機(jī)制進(jìn)行深入的思考：正是因?yàn)榘l(fā)生了同源染色體的聯(lián)會(huì)和分離，才能在保證染色體數(shù)目減半的同時(shí)，使子細(xì)胞擁有一整套非同源染色體。在高三專題復(fù)習(xí)時(shí)以這樣的方式展開教學(xué)，使學(xué)生不再把染色體的一系列變化看作孤立事件，而是通過主動(dòng)觀察發(fā)現(xiàn)事實(shí)，并通過科學(xué)思考主動(dòng)探究、深刻理解知識(shí)點(diǎn)間的相互聯(lián)系，激發(fā)深層次的科學(xué)思維。

2.以探究實(shí)驗(yàn)為載體，歸納減數(shù)分裂過程中染色體的“特殊”行為（同源染色體的聯(lián)會(huì)和分離）對(duì)遺傳和變異的影響

教材以二倍體動(dòng)物為例，重點(diǎn)介紹了減數(shù)第一次分裂過程中染色體如何聯(lián)會(huì)和分離，但教材中并未對(duì)染色體發(fā)生“變化”時(shí)，同源染色體如何聯(lián)會(huì)和分離，對(duì)遺傳和變異有什么影響進(jìn)行展開。高三專題復(fù)習(xí)教學(xué)時(shí)，可引導(dǎo)學(xué)生思考以下問題：

（1）闡述X、Y染色體在減數(shù)分裂中的行為變化。

（2）若想在顯微鏡下觀察染色體變異應(yīng)如何選材？

（3）若在顯微鏡下觀察到圖2所示的現(xiàn)象，說明染色體發(fā)生了什么變化？

圖2

（4）已知某種植物的高莖（A）與矮莖（a）是一對(duì)相對(duì)性狀，思考某三體植株（基因型為AAa）產(chǎn)生的配子種類及比例，請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)雜交實(shí)驗(yàn)方案證明你的結(jié)果。（要求：寫出實(shí)驗(yàn)思路、預(yù)期實(shí)驗(yàn)結(jié)果、得出結(jié)論）

（5）三倍體西瓜為什么沒有種子？真的是一顆種子都沒有嗎？

（6）已知蜜蜂的短毛（B）與長毛（b）是一對(duì)相對(duì)性狀，推測(cè)當(dāng)長毛蜂王與短毛雄蜂雜交時(shí)F1的表現(xiàn)型及比例。

問題（1）學(xué)生需要以X、Y染色體為例，明確性染色體如何聯(lián)會(huì)和分離，同時(shí)引導(dǎo)學(xué)生在減數(shù)分裂過程中深刻理解同源染色體的內(nèi)涵及伴性遺傳的三種類型；問題（2）學(xué)生需要明確聯(lián)會(huì)時(shí)出現(xiàn)異常，才是觀察染色體變異的最佳時(shí)期，雖然有絲分裂也能觀察到染色體的變化，但變化的具體情況不容易確定；問題（3）（4）（5）（6）涉及了染色體結(jié)構(gòu)和數(shù)目發(fā)生變化時(shí)，同源染色體如何聯(lián)會(huì)和分離；問題（4）還需要學(xué)生運(yùn)用雜交實(shí)驗(yàn)方案的方式驗(yàn)證配子的種類及比例，作為“異?！比旧w聯(lián)會(huì)和分離方式的實(shí)驗(yàn)證據(jù)。

以上六個(gè)問題歸納概括了“異?！比旧w如何聯(lián)會(huì)和分離，并以演繹推理的方式推測(cè)“異?！比旧w對(duì)遺傳和變異的影響，可以幫助學(xué)生建立同源染色體聯(lián)會(huì)和分離的模型。

3.小結(jié)

科學(xué)思維是一種建立在證據(jù)和邏輯推理基礎(chǔ)上的思維方式，不經(jīng)訓(xùn)練無以產(chǎn)生。高三復(fù)習(xí)課更需要加強(qiáng)基礎(chǔ)，這里說的“基礎(chǔ)”，不僅指學(xué)生能夠記住哪些知識(shí)點(diǎn)，還包括學(xué)生對(duì)知識(shí)的共性有深刻認(rèn)識(shí)，通過共性還原特殊性。高三專題復(fù)習(xí)中，以實(shí)驗(yàn)為載體展開教學(xué)，既可以歸納各知識(shí)點(diǎn)間的關(guān)系，建立網(wǎng)絡(luò)、夯實(shí)基礎(chǔ)，提高學(xué)生調(diào)動(dòng)和應(yīng)用知識(shí)的能力，也可以將學(xué)習(xí)層級(jí)的較高點(diǎn)設(shè)計(jì)為教學(xué)的原起點(diǎn)，即先呈現(xiàn)一般的、有較大包容性的、較抽象的概念和原理，再復(fù)習(xí)具體的內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)從宏觀到微觀，從框架到具體，逐步提高學(xué)生提取和解讀信息能力的目的。相比層層遞進(jìn)式教學(xué)，這種復(fù)習(xí)模式更需要學(xué)生運(yùn)用一輪復(fù)習(xí)的表象知識(shí)來應(yīng)對(duì)多角度的抽象概念分析，使歸納與概括、演繹與推理、模型與建模、批判性思維等方法被應(yīng)用得淋漓盡致，科學(xué)思維在無形中被深度調(diào)動(dòng)。