建構(gòu)主義理論指導(dǎo)下的染色體組概念教學策略

孟凡龍

(江蘇省揚州大學附屬中學東部分校 225003)

建構(gòu)主義(constructivism)理論的主要觀點認為學習是學習者在原有知識經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，在一定的社會文化環(huán)境中，主動對新信息進行加工處理，建構(gòu)知識的意義的過程。學習者從不同背景、不同角度出發(fā)，在教師和他人的協(xié)助下，通過獨特的信息加工活動，建構(gòu)起對現(xiàn)實世界的意義。建構(gòu)主義強調(diào)學習者的主動性，認為學習是學習者主動地建構(gòu)內(nèi)部心理表征的過程。

染色體組(genome)概念是蘇教版高中生物學必修2第3章第3節(jié)“染色體數(shù)目的變異”中的核心概念，一直是遺傳學內(nèi)容教學的重點和難點。很多教師對本節(jié)課進行公開教學的過程中，通常以雌雄果蠅的染色體圖解來分析，然后呈現(xiàn)染色體組的概念，再由學生根據(jù)概念來判斷其他細胞中的染色體組數(shù)目，這樣的教學設(shè)計使得部分學生對染色體組的概念本質(zhì)缺乏深入的理解，導(dǎo)致學生無法準確判斷出細胞中的染色體組數(shù)目。為此筆者嘗試基于建構(gòu)主義理論創(chuàng)設(shè)生活情境，依托軟磁鐵模型活動進行染色體組核心概念的教學。

1 遵循思維規(guī)律，夯實基本概念

課前準備：每個小組一張A4紙，將其四周折起做成一個白紙盤(模擬雌果蠅的一個體細胞)，將模擬雌果蠅體細胞中8條染色體的紙片散亂分布在白紙盤中(圖1)，另制作一個稍大型的8條染色體軟磁鐵模型教具貼在黑板右側(cè)。

小組活動：由每個小組的學生將白紙盤中散亂分布的8條染色體進行自由分組，然后請一位學生將黑板上的8條染色體軟磁鐵模型進行自由分組，并說明分組的理由。大多數(shù)小組的學生都是將形狀、大小相同的擺放在一起(圖1)，其理由一般都說是形狀和大小都相同的是同源染色體(homologous chromosomes)。此時引導(dǎo)學生回憶同源染色體的概念和減數(shù)分裂中同源染色體的行為。學生一般都能指出同源染色體是指形狀和大小一般都相同，一條來自父方，一條來自母方，能配對的兩條染色體。要求學生說出果蠅體細胞中含有幾條染色體？幾對同源染色體？并根據(jù)染色體編號具體說出誰和誰是同源染色體。

圖1 雌果蠅染色體模型圖解

同時教師在學生已有的同源染色體前概念的基礎(chǔ)上，呈現(xiàn)資料，適當拓展：同源染色體上含有相似的DNA序列和相同的線性基因順序，各等位基因位于同源染色體相同的基因座位上，等位基因的序列也是高度相似的。因此同源染色體上攜帶的遺傳信息相似，功能基本相同。

2 激發(fā)思維品質(zhì)，構(gòu)建核心概念

2.1 結(jié)合案例分析，構(gòu)建染色體組概念 教師引導(dǎo)學生思考：多數(shù)同學是依據(jù)染色體的形狀和大小相同來進行歸類分組的，那么能否換個思維角度，思考是否還有其他的分組方式？此時有部分學生會想到將形狀和大小不相同的染色體分在一組，這樣就會有兩個小組。教師順勢將黑板上的8條染色體軟磁鐵模型分別編號，并標記上四對不同的等位基因，即AaBbCcXDXd(圖2)，請學生思考：將形狀和大小不相同的染色體分在一組，這樣的分組有幾種可能的分法？引導(dǎo)學生回憶同源染色體在減數(shù)分裂過程中的行為特征，抓住同源染色體在減數(shù)第一次分裂后期發(fā)生分離這一關(guān)鍵點，從而深入理解減數(shù)分裂形成配子種類的本質(zhì)。

圖2 雌果蠅染色體模型標記分組圖解

學生提出問題：只有正常生物染色體的一半，即只有配子的染色體數(shù)目，現(xiàn)實生活中這樣的生物能存活么？教師介紹：植物中有許多由未受精的卵細胞自然發(fā)育成的植物，如番茄、棉花、咖啡和小麥等，目前多數(shù)植物都可以通過花藥或花粉人工培育成植物體。動物中如蜜蜂中的雄蜂也是由未受精的卵細胞直接發(fā)育而來的[1]。接著教師播放有關(guān)蜜蜂性別的視頻，并呈現(xiàn)資料：蜜蜂是一種群居性的社會性昆蟲，蜜蜂群體中有蜂王、工蜂和雄蜂三種類型，其生長發(fā)育過程如圖3(簡單介紹一下雄蜂產(chǎn)生精子的過程是一種“假減數(shù)分裂”，其職責就是和蜂王交配繁殖后代，一般壽命不長)，不同蜜蜂體細胞中的染色體情況如圖4。重點比較雄蜂和蜂王(或工蜂)的染色體組成，分析它們之間的區(qū)別和聯(lián)系，引導(dǎo)學生深入理解雄蜂體細胞中的染色體組成特征：細胞中的一組非同源染色體，沒有等位基因，它們在形態(tài)、大小和功能上各不相同，含有控制該種生物性狀的一整套基因，且沒有重復(fù)的染色體。但又互相協(xié)調(diào)，共同控制生物的生長、發(fā)育、遺傳和變異。

圖3 蜜蜂的個體發(fā)育過程圖解

圖4 不同蜜蜂體細胞的染色體圖解

2.2 注重活動類比，理解染色體組概念 小組活動：教師要求每個小組的學生從白紙盤中排列整齊的雌果蠅的8條染色體中取出一個染色體組，然后請一位學生從黑板上雌果蠅的8條染色體軟磁鐵模型中取出一個染色體組，并說明理由。大多數(shù)學生都能快速準確地取出一個染色體組，但也有極少部分學生會少取一條或多取一條，教師及時引導(dǎo)學生分析這種情況下的一組染色體能否稱為一個染色體組，并請學生充分結(jié)合染色體組的概念來說明其不是一個染色體組的理由，然后請每位學生根據(jù)雌果蠅體細胞中染色體的編號寫出卵細胞中的染色體組成，并設(shè)置問題討論：①正常卵細胞中含有幾條染色體？它們之間是什么關(guān)系？②這些染色體在形態(tài)和功能上是否相同？③若卵細胞中缺少一條染色體，能否正?？刂粕镄誀?？為什么？進而師生一起總結(jié)鞏固染色體組的特征：一組非同源染色體，形態(tài)和功能各不相同，含有控制生物的生長發(fā)育、遺傳和變異的全套遺傳信息。

師生還可以通過雙手類比活動激發(fā)學生深入理解染色體組概念的興趣：教師請每位學生伸出雙手，縮回大拇指，結(jié)合雙手的8個手指(2個大拇指除外)，每個手指代表一條染色體，共有四對同源染色體，分別標號，那么一只手的四個手指就代表一個染色體組。采用圖像類比的方法借助雙手來模擬果蠅的染色體組，利用了人的非語言信息處理系統(tǒng)，以表象形式促使學習者進行類比推理，提高了理解科學概念的效率。

3 聯(lián)系生活實際，深化核心概念

教師利用黑板上雌果蠅的染色體圖解，引導(dǎo)學生理解：對于由受精卵發(fā)育成的正常生物體而言，其體細胞中含有幾個染色體組就稱其為幾倍體，從而引導(dǎo)學生一起建構(gòu)二倍體(diploid sporophyte)和多倍體(polyploid)的概念。同時教師呈現(xiàn)生活中常見的幾種生物體細胞中的染色體組，尤其是開花的種子植物(可簡單介紹普通小麥和八倍體小黑麥的形成過程圖解)。

基于對染色體組概念深入理解的基礎(chǔ)上，建構(gòu)整倍性變異和單倍體(Haploid)的概念：像雄蜂這樣的生物體細胞中染色體數(shù)目與正常體細胞相比，以染色體組的形式成倍地減少或增加就稱為染色體數(shù)目的整倍性變異(可同時引入非整倍性變異的概念)。像雄蜂這樣的生物，其體細胞中只有正常生物一半的染色體數(shù)目，即只有配子染色體的生物，其發(fā)育狀況與正常生物一樣么？這樣的一類生物是否有個統(tǒng)一的名稱？引導(dǎo)學生在教材中尋找答案，學生很容易找到單倍體的概念及單倍體植株的特征(圖5)。

圖5 單倍體和多倍體的形成圖解

由于單倍體缺少正常生物的一半染色體，所以生長狀況較弱，如果能夠使它的染色體再加倍，就可以成為正常的二倍體了，如何使單倍體的染色體數(shù)目加倍？學生很快就可以找到秋水仙素(或低溫)處理單倍體幼苗的方法和機理，注意引導(dǎo)學生分析單倍體植株的根細胞中染色體是否加倍，然后引導(dǎo)學生分析單倍體育種的原理、步驟和優(yōu)勢。那么正常的二倍體植株能否用秋水仙素(或低溫)處理？處理后會出現(xiàn)怎樣的結(jié)果？學生都能理解形成四倍體，在此基礎(chǔ)上師生一起分析三倍體無子西瓜的培育過程圖解，并一起總結(jié)多倍體育種的原理、步驟和優(yōu)勢。

4 教學反思

生物學核心概念的教學要注重概念的建構(gòu)過程設(shè)計。本節(jié)課中染色體組概念的學習，首先結(jié)合雌果蠅染色體的模擬活動，創(chuàng)設(shè)雄蜂染色體特征的情境，進而建構(gòu)染色體組核心概念。當學生在同源染色體概念的基礎(chǔ)上同化染色體組概念的時候，會出現(xiàn)認知沖突，此時教師要在順應(yīng)過程中逐步引導(dǎo)學生達到一種新的平衡。

課堂中以學生為中心、以活動為載體建構(gòu)染色體組核心概念，這樣的概念教學設(shè)計有助于激發(fā)學生興趣，提高課堂效率。