在探究中培養(yǎng)生物科學(xué)思維

谷朝陽(yáng)

摘要：傳統(tǒng)有絲分裂教學(xué)偏重于對(duì)分裂過(guò)程的記憶和其中染色體行為的定性定量分析，而對(duì)學(xué)生理解辨析能力培養(yǎng)不足，筆者以學(xué)生好奇提問(wèn)為起點(diǎn)，通過(guò)問(wèn)題鏈的生成和設(shè)置，引導(dǎo)學(xué)生探究有絲分裂的分子機(jī)制，加深學(xué)生對(duì)有絲分裂本質(zhì)的認(rèn)識(shí)，并在此過(guò)程中引導(dǎo)培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力和科學(xué)探究方法，從而培養(yǎng)提升學(xué)生對(duì)生物學(xué)科核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：有絲分裂;染色體排列動(dòng)力;核心素養(yǎng)

中圖分類(lèi)號(hào)：G633.91???????????文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1992-7711（2019）16-046-1

在高中細(xì)胞有絲分裂部分，傳統(tǒng)的教學(xué)方法通常讓學(xué)生通過(guò)圖形、模型的展示或操作來(lái)掌握，具有一定效果，但學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)需要更加充分培養(yǎng)學(xué)生探究能力，筆者在教學(xué)過(guò)程中嘗試以問(wèn)題鏈構(gòu)建的形式，引導(dǎo)學(xué)生深入探究細(xì)胞分裂中的科學(xué)問(wèn)題，培養(yǎng)其生物學(xué)科科學(xué)探究的核心素養(yǎng)。

在課堂講解之后，一個(gè)學(xué)生的問(wèn)題引起了筆者的注意，“細(xì)胞有絲分裂中期，染色體為何能整齊排列在赤道板上？”如果完全按照教材內(nèi)容回答，難免局限，能否以這個(gè)問(wèn)題為開(kāi)端，引導(dǎo)更多的同學(xué)從不同層面回答，進(jìn)行更深入的科學(xué)思考呢？筆者組織了興趣小組，就這個(gè)問(wèn)題進(jìn)行深入探討，搜集答案并引導(dǎo)其提出更多問(wèn)題，并自主探究解決。

一、問(wèn)題鏈生成

1.問(wèn)題1：細(xì)胞有絲分裂中期，染色體為何整齊排列在赤道板上？

教材答案：“每條染色體的著絲點(diǎn)兩側(cè)，都有紡錘絲附著在上面，紡錘絲牽引著染色體運(yùn)動(dòng)，使每條染色體的著絲點(diǎn)排列在細(xì)胞中央的一個(gè)平面上。”

2.思辨性問(wèn)題2：既然是紡錘絲牽引，理論上每條染色體只需要一側(cè)有紡錘絲即可向一方牽拉？為何兩側(cè)都有？

3.思辨性問(wèn)題3：兩側(cè)的紡錘絲如果同時(shí)向兩個(gè)方向牽拉，哪一側(cè)力量更大呢？

探究得知，目前存在兩種假說(shuō)，牽拉假說(shuō)和外推假說(shuō)，前者認(rèn)為染色體向赤道板方向運(yùn)動(dòng)是由于動(dòng)粒微管牽拉的結(jié)果，微管越長(zhǎng)，拉力越大。當(dāng)來(lái)自兩極的拉力相等時(shí)，染色體即穩(wěn)定在赤道板上;外推假說(shuō)則認(rèn)為染色體向赤道方向運(yùn)動(dòng)是由于星體（中心體及其外側(cè)的輻射狀微管道）的排斥力將染色體外推的結(jié)果。染色體越靠近中心面，星體對(duì)染色體的推力越強(qiáng)，當(dāng)兩側(cè)力平衡時(shí)，染色體即穩(wěn)定在赤道板上。也就是說(shuō)兩側(cè)紡錘絲的作用能夠讓染色體在中期排列在赤道板也能在之后使其向一側(cè)運(yùn)動(dòng)。

答案似乎有了，但假說(shuō)式的答案更加激發(fā)了同學(xué)們的好奇心和探索激情，這對(duì)學(xué)生從宏觀到微觀的思維轉(zhuǎn)化中具有重要啟迪，于是后續(xù)問(wèn)題接踵而至。

4.問(wèn)題4：如果按照牽拉假說(shuō)，紡錘絲需縮短或變形才能牽拉染色體向一側(cè)運(yùn)動(dòng)，形變的原理是什么呢？

小組探究得知，紡錘絲的延伸或者縮短都在于構(gòu)成紡錘絲的微管蛋白的自組裝。通過(guò)查找，大家觀看了微管蛋白的自組裝動(dòng)畫(huà)，更對(duì)細(xì)胞骨架的微觀世界贊嘆不已，更加深入理解了細(xì)胞這個(gè)微觀的世界是那么瑰麗、奇妙。

5.問(wèn)題5：由兩極發(fā)出的紡錘絲是如何準(zhǔn)確地找到染色體著絲點(diǎn)的？又是靠什么力量附著在上面牽拉的呢？

小組探究得知：著絲粒是染色體上一段具有特殊DNA和蛋白質(zhì)的區(qū)域，具有著與其他部位不同的結(jié)構(gòu)，在相關(guān)蛋白質(zhì)的引導(dǎo)下，微管蛋白與著絲點(diǎn)結(jié)合。

6.誘導(dǎo)問(wèn)題6：染色體中著絲點(diǎn)存在的意義是什么，染色質(zhì)里面有嗎？分裂完成后著絲點(diǎn)哪里去了？

同學(xué)們興趣越來(lái)越大，甚至查閱了大學(xué)教材，利用網(wǎng)絡(luò)等方法解決了諸多問(wèn)題，但是未知問(wèn)題也越來(lái)越多。同學(xué)們知道了，著絲點(diǎn)是一種臨時(shí)性的存在，隨著分裂進(jìn)程存在著自身的組織和結(jié)構(gòu)。

7.誘導(dǎo)問(wèn)題7：著絲點(diǎn)分裂成兩個(gè)，與原來(lái)的那個(gè)還一樣嗎？

原來(lái)著絲粒與著絲點(diǎn)其實(shí)是不同的兩個(gè)概念和結(jié)構(gòu)。

8.問(wèn)題8：著絲點(diǎn)分裂的動(dòng)力又是什么？是紡錘絲牽引拉斷的還是自主分裂的？

邏輯推理可知：著絲點(diǎn)應(yīng)該不是紡錘絲拉斷的，秋水仙素抑制了紡錘絲形成后，染色體復(fù)制后依然能夠數(shù)量加倍，說(shuō)明其著絲點(diǎn)在沒(méi)有紡錘絲牽拉的情況下也可以分裂，使染色單體分開(kāi)。

9.問(wèn)題9：著絲點(diǎn)在染色體上的位置為何不同，有些在中間，有些在靠近一端的位置？

著絲粒的區(qū)域在每條染色體上的位置是不同的，每種生物的特定染色體上具有特定的區(qū)域，其DNA組成與其他區(qū)域不同，可作為遺傳標(biāo)記。

10.問(wèn)題10：染色質(zhì)壓縮成為染色體由紡錘絲牽拉到細(xì)胞兩極是將遺傳物質(zhì)精確地平均分配到兩個(gè)子代細(xì)胞中的最佳方式嗎？有否更好的方案呢？

隨著教師逐步引導(dǎo)到評(píng)價(jià)性問(wèn)題，學(xué)生開(kāi)始思考染色體及分配方式，經(jīng)過(guò)深入思考嘗試乃至模型搭建嘗試，染色質(zhì)細(xì)絲的異常壓縮與糾纏均可能對(duì)染色體的平均分配產(chǎn)生影響，幾個(gè)同學(xué)均無(wú)法提出更好的平均分配遺傳物質(zhì)的方案，加深了學(xué)生對(duì)生命活動(dòng)的最佳設(shè)計(jì)的認(rèn)識(shí)，對(duì)于進(jìn)化有了更深刻的理解。

二、問(wèn)題總結(jié)

小組成員提出的問(wèn)題，環(huán)環(huán)相扣，層層深入，在教師的引導(dǎo)下不斷進(jìn)行深入探究思考，激發(fā)了學(xué)生的探究欲望，培養(yǎng)了科學(xué)探究精神，在這個(gè)過(guò)程中，是以知識(shí)為材料，激發(fā)學(xué)生探索欲望，培養(yǎng)學(xué)生自主獲取知識(shí)的能力，從而增強(qiáng)其生物的核心素養(yǎng)。在這種學(xué)習(xí)中，能否解決問(wèn)題已成為次要，共同探索成為最高效的學(xué)習(xí)方法，更培養(yǎng)了宏觀微觀順暢轉(zhuǎn)化的思想方法，用奇妙的微觀機(jī)制理解和解釋中觀、宏觀生物現(xiàn)象，更加增強(qiáng)了學(xué)生對(duì)于生命演化歷程認(rèn)識(shí)、對(duì)生命的敬畏，從而培養(yǎng)了科學(xué)健康的生命觀念。

[參考文獻(xiàn)]

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