基于科學(xué)思維的“染色體變異”的教學(xué)

江 釤

(福建省寧德市高級中學(xué) 352100)

發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維是高中生物學(xué)課標(biāo)要求之一?？茖W(xué)思維是對事物或問題進(jìn)行觀察、比較、分析、綜合、抽象與概括的一種思維。是基于邏輯和思辨的一種思考問題的重要方式。教學(xué)上應(yīng)該基于學(xué)生的認(rèn)知水平，從學(xué)生的最近發(fā)展區(qū)出發(fā)，搭建思維的支架，引導(dǎo)學(xué)生主動觀察探究、比較推理、交流互動，應(yīng)用類比、演繹、歸納和建模等思維方法學(xué)習(xí)新知，形成認(rèn)知結(jié)構(gòu)的同化和順應(yīng)，達(dá)成對知識的深入透徹理解，建立科學(xué)概念。本文以“染色體變異”教學(xué)為例，探討教學(xué)上如何發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維。

1 不同思維方法在“染色體組”教學(xué)上的應(yīng)用

染色體組概念是本節(jié)課的核心概念，教學(xué)上可采用不同策略，突破教學(xué)的重難點(diǎn)。

1.1 類比推理法 類比推理是根據(jù)兩個或兩類對象有部分屬性相同，從而推導(dǎo)出它們的其他屬性也相同的推理。應(yīng)用類比推理，與某些原有知識聯(lián)系，有利于學(xué)生快速對該概念的理解。類比推理要選擇貼近學(xué)生認(rèn)知的事物?！叭旧w組”可以使用兩只手類比，把一只手比喻成一個染色體組，其中不同手指代表非同源染色體。然后展示雙手，各手指相對，類比細(xì)胞的兩個染色體組，設(shè)問： 為什么此時為兩個染色體組？教師引導(dǎo)學(xué)生只數(shù)大拇指的數(shù)目有2個。但是以上方法只能解決二倍體的問題，不能延伸到多倍體，尤其涉及到性染色體時更難說清楚。用撲克牌與染色體組類比則更形象些。用黑桃牌表示父方染色體，紅桃牌表示母方染色體，相同數(shù)字的黑紅兩張牌就表示一對同源染色體，還可以用大小王表示一對性染色體XX，再剪個半張牌表示Y染色體，不同數(shù)字的牌就表示非同源染色體。同時，可以用黑桃A和紅桃2表示為什么一條父方和一條母方的染色體不一定是同源染色體，X和Y染色體大小不同為什么是同源染色體等。

1.2 模型建構(gòu)法 模型是人們?yōu)榱四撤N特定目的而對認(rèn)識對象所做的一種簡化的、概括性的描述，是科學(xué)研究中對復(fù)雜事物的一種簡單的描述方法。

教師在黑板用磁性貼表示雄果蠅精原細(xì)胞染色體，要求在細(xì)胞下的兩個空圓圈內(nèi)表示出雄性果蠅可能產(chǎn)生的精細(xì)胞。學(xué)生積極思考討論、合作探究、學(xué)習(xí)建模。學(xué)生小組代表上講臺展示圖1A。教師問： 還有別的可能嗎？另一位學(xué)生上臺用磁性貼展示了圖1B，教師借圖追問： 精原細(xì)胞可能產(chǎn)生的配子一共有多少種？(2n)請你說說這些配子如何形成？配子中還有同源染色體嗎？形態(tài)結(jié)構(gòu)相同嗎？有等位基因嗎？有全套基因嗎？而后引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)配子圖形包含的信息，歸納出“染色體組”的概念[1]。

圖1 建構(gòu)果蠅染色體組模型

將基因標(biāo)在染色體上，有助于學(xué)生理解“同源染色體上的等位基因分離，非同源染色體上非等位基因自由組合”，理解果蠅配子(一個染色體組)的形成過程。讓學(xué)生說說“染色體組”概念，訓(xùn)練學(xué)生由具體感性認(rèn)知到抽象理性認(rèn)識的思維能力。

2 不同思維方法在不同教學(xué)環(huán)節(jié)上的應(yīng)用

2.1 模型建構(gòu)，搭建思維模板 可通過構(gòu)建模式圖與概念圖來學(xué)習(xí)不同的知識。

(1) 建構(gòu)模式圖，學(xué)習(xí)多倍體的形成 列舉多倍體植物實例，多倍體生物是如何形成的呢？引導(dǎo)學(xué)生閱讀教材，思考分析多倍體形成的內(nèi)在原因，教師再用課件將正常、異常兩個細(xì)胞分裂模式圖進(jìn)行對比(圖2)，來揭示染色體組數(shù)規(guī)律，使抽象的問題簡單化。加深學(xué)生對多倍體形成的透徹理解。

圖2 正常有絲分裂與異常有絲分裂對比

(2) 梳理知識，構(gòu)建染色體變異概念圖 基于學(xué)生的學(xué)情和有限的課堂時間，教師先在黑板畫出本節(jié)課染色體變異的概念圖框架?？蚩騼?nèi)容先空白，提供學(xué)習(xí)支架。學(xué)生體驗參與課堂活動，形成新認(rèn)知，梳理歸納概念有關(guān)內(nèi)容，師生合作，按教學(xué)程序先后填寫在黑板上(圖3)?？上冉?gòu)子概念，再建構(gòu)總概念，邊學(xué)邊寫，引導(dǎo)學(xué)生歸納建模。

圖3 染色體變異概念圖

同時，因課件的動態(tài)性，停留在黑板內(nèi)容，學(xué)生可以反復(fù)看，板書與課件相結(jié)合，有利于知識的吸收，也體現(xiàn)了先行組織者的思維建構(gòu)過程。

2.2 逆向思維，判斷變異的內(nèi)在本質(zhì) 逆向思維法是指為實現(xiàn)某一創(chuàng)新或解決某一因常規(guī)思路難以解決的問題，而采取反向思維尋求解決問題的方法。

圖2表示環(huán)青海湖地區(qū)年、季降水量變化趨勢。由圖可以看出，近50a來，該地區(qū)平均年降水量呈不顯著的增加趨勢。季降水量變化趨勢各不相同。春、秋兩季降水量總體呈下降趨勢，平均每10a分別下降1.5mm和1.0mm，春季波動大于秋季；夏、冬季降水量總體呈上升趨勢，平均每10a分別升高6.3mm和0.3mm，冬季降水量只占年降水量的1%，所以冬季降水量的增減對年降水量的變化影響很小。

出示練習(xí)題： 圖中不屬于染色體結(jié)構(gòu)變異的是( )。學(xué)生思考討論，并說出判斷的理由。同時，教師指導(dǎo)學(xué)生在題中圈出變異部位，題中的B、 C、 D選項要求逆向思維，將圖還原，畫出未變異時的圖(圖略)，即可判斷變異是發(fā)生在同源染色體還是非同源染色體上。

2.3 比較相近概念，辨析概念的異同 比較思維是基于事物的相關(guān)性與差異性，是通過對兩種相近或是相反事物的對比進(jìn)行思維，尋找事物的異同及其本質(zhì)與特性。教學(xué)過程中概念的辨析，可以針對概念的要素，同中求異、異中求同，揭示概念的內(nèi)涵和外延，明確其適用范圍[2]。

例如，可以基于2.2中的例子，以習(xí)題帶動知識點(diǎn)，引發(fā)學(xué)生積極思考、辨析概念歸納出： 染色體結(jié)構(gòu)變異的增加(缺失)與基因突變的增加(缺失)的區(qū)別，基因突變、交叉互換與易位的區(qū)別，三種變異結(jié)果的區(qū)別。在概念辨析中進(jìn)一步實現(xiàn)知識的深化。

又如，掌握了染色體組概念，分清細(xì)胞含幾個染色體組后，應(yīng)用“染色體組”知識列表比較，辨析“單倍體”“二倍體”“多倍體”概念。教師引導(dǎo)學(xué)生關(guān)鍵從個體發(fā)育起點(diǎn)及體細(xì)胞中染色體組數(shù)，找出判斷的規(guī)律，并對單倍體生物為什么“一般是不育”加以分析。

2.4 演繹與歸納，重構(gòu)知識的再認(rèn)知 演繹推理是從一般性知識推出特殊性知識結(jié)論的推理，是應(yīng)用已學(xué)知識，推理分析新問題的過程；歸納推理是以特殊知識為前提，推出一般性知識的思維方式，通過歸納推理，揭示事物的規(guī)律。

教師可出示練習(xí)題： 一對正常夫婦生了一個患紅綠色盲孩子(甲)和無致病基因的正常孩子(乙)，甲和乙的性染色體組成均為XXY。下列示意圖最能表明其原因的分別是________，甲男孩可能產(chǎn)生幾種配子？________。

A

B

C

D

本題需要正向推理和逆向推理相結(jié)合，理解細(xì)胞圖形的含義，進(jìn)行文字信息與圖像的信息切換。課堂要求學(xué)生邏輯推理，說出解題思路。先判斷正常夫婦基因型，推理子代基因型為甲XbXbY、乙XBX-Y，結(jié)合A～D選項圖中染色體行為變化的含義，分析夫婦分別提供什么精子和卵細(xì)胞，得出原因分別是D，A或D。最后根據(jù)甲男孩的基因型，推理其減數(shù)分裂，可能產(chǎn)4種配子。

基于以上演繹推理，歸納總結(jié)染色體數(shù)目變異為： 由個別同源染色體或個別姐妹染色單體移向同一極導(dǎo)致形成個別染色體增減數(shù)目的(非整倍體)；染色體組成倍增減，導(dǎo)致形成整倍體。通過演繹推理，解決具體問題，學(xué)以致用；通過歸納推理，促進(jìn)知識的內(nèi)化。

染色體變異內(nèi)容較為抽象，課堂教學(xué)利用圖表進(jìn)行可視化表達(dá)，降低學(xué)生的認(rèn)知難度。課堂進(jìn)行不同方式的思維推理訓(xùn)練，發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維，形成“認(rèn)知→提高→再認(rèn)知”，完成知識的再建構(gòu)。