例談“基因突變與交叉互換”中學(xué)生科學(xué)思維的培養(yǎng)

趙海麗 孔勇

在中學(xué)教學(xué)中，習(xí)題評講課是一種十分重要的課型。但是當(dāng)前的習(xí)題評講課教學(xué)中存在著目標(biāo)不明、就題講題、逐題講解、只講不練等問題，結(jié)果教學(xué)效率低，教師身心疲憊，學(xué)生沒有能更正錯(cuò)題，反復(fù)做，反復(fù)錯(cuò)。其中很重要的一個(gè)原因就是缺乏互動(dòng)與鞏固，學(xué)生的科學(xué)思維沒有得到培養(yǎng)與鍛煉，生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的養(yǎng)成也就成為一句空談。基于這些問題，筆者將學(xué)生科學(xué)思維的培養(yǎng)融合到“基因突變與交叉互換”的習(xí)題評講課中，取得了比較好的效果。

1 正本溯源——從原理上挖掘兩者的區(qū)別

一般來說，越相似的知識(shí)點(diǎn)學(xué)生越容易出錯(cuò)，而且一錯(cuò)再錯(cuò)。究其原因是對相應(yīng)知識(shí)未從根本上尋找原因，囫圇吞棗。

【例1】圖1表示基因型為AaBb的某哺乳動(dòng)物產(chǎn)生配子過程中某一時(shí)期細(xì)胞分裂圖，此細(xì)胞在形成過程中發(fā)生了____________.

（選填“基因突變”“交叉互換”“基因突變或交叉互換”）。

參考答案：“交叉互換”。

分析：針對此類問題，學(xué)生常常琢磨不透，有亂填答案的現(xiàn)象：有的給出“基因突變”的答案，有的給出“基因突變或交叉互換”的答案。這種現(xiàn)象實(shí)際上反應(yīng)出學(xué)生中普遍存在的問題：即知識(shí)碎片化，缺乏系統(tǒng)性認(rèn)識(shí)，沒有形成知識(shí)體系。針對該現(xiàn)象，筆者在講解這個(gè)問題時(shí)，并未就題講題，講完就算。而是采取“回顧概念——分析、歸納”的教學(xué)策略，幫助學(xué)生建立和完善知識(shí)體系。

I.I 回顧概念

教師引導(dǎo)學(xué)生回顧教科書中已經(jīng)學(xué)過的概念。人教版教科書《必修2.遺傳與進(jìn)化》第五章“基因突變及其他變異”中提到基因突變是“DNA分子中發(fā)生堿基對的替換、增添和缺失，而引起的基因結(jié)構(gòu)的改變”。基因突變可以發(fā)生在發(fā)育的任何時(shí)期，通常發(fā)生在DNA復(fù)制時(shí)期，即細(xì)胞分裂間期，包括有絲分裂間期和減數(shù)分裂間期?！傲硪环N類型的基因重組發(fā)生在減數(shù)分裂形成四分體時(shí)期，位于同源染色體上的等位基因有時(shí)會(huì)隨著非姐妹染色單體的交換而發(fā)生交換，導(dǎo)致染色單體上的基因重組。”

1.2 應(yīng)用圖表培養(yǎng)學(xué)生的形象思維

論語云“學(xué)而不思則罔?！睂W(xué)習(xí)的重點(diǎn)在于反復(fù)推敲，有時(shí)從一般現(xiàn)象中提煉出規(guī)律，有時(shí)又需要化抽象為形象。關(guān)于“基因突變與交叉互換”的概念辨析，教師可以借助于圖表化解抽象概念，培養(yǎng)學(xué)生的形象思維。教師利用表1引導(dǎo)學(xué)生辨別基因突變與交叉呼喚，通過圖2以雜合子Aa為例演繹細(xì)胞在分裂時(shí)所發(fā)生的基因突變和交叉互換的現(xiàn)象。

接著，教師以純合子AA為例演繹細(xì)胞在分裂時(shí)所發(fā)生的基因突變和交叉互換的現(xiàn)象（圖3）。雜合子Aa發(fā)生基因突變時(shí)有2種可能性：①A突變?yōu)閍，則復(fù)制后細(xì)胞的基因型為Aaaa。如果這種突變發(fā)生在有絲分裂，則分裂期細(xì)胞的基因型仍為Aaaa;如果這種突變發(fā)生在減數(shù)分裂，則減數(shù)第一次分裂后的兩個(gè)細(xì)胞的基因型分別為aa、Aa。②a突變?yōu)锳，則復(fù)制后細(xì)胞的基因型為AAAa。如果這種突變發(fā)生在有絲分裂，則分裂期細(xì)胞的基因型仍為AAAa;如果這種突變發(fā)生在減數(shù)分裂，則減數(shù)第一次分裂后的兩個(gè)細(xì)胞的基因型分別為AA、Aa。雜合子Aa未發(fā)生基因突變而發(fā)生交叉互換，則復(fù)制后細(xì)胞的基因型為AAaa，交叉互換后細(xì)胞的基因型仍然為AAaa。減數(shù)第一次分裂后的兩個(gè)細(xì)胞的基因型均為Aa。

純合子AA若發(fā)生基因突變，則復(fù)制后細(xì)胞的基因型為AAAa;若未發(fā)生基因突變而發(fā)生交叉互換，則復(fù)制后及交叉互換后細(xì)胞的基因型均為AAAA。

2 應(yīng)用原理解決實(shí)際問題的策略研究

雜合子Aa無論是發(fā)生基因突變還是交叉互換，有一個(gè)共同點(diǎn)：即均會(huì)出現(xiàn)一條染色體的兩條染色單體的基因型為Aa，這恰恰是學(xué)生的易錯(cuò)點(diǎn)。因此通過建表、建模等方式雖可以從根源上將兩者區(qū)分開來，但并不代表學(xué)生就能應(yīng)用原理解決實(shí)際問題。教師仍需引導(dǎo)學(xué)生從細(xì)胞分裂方式、基因型等角度靈活機(jī)智地區(qū)分“基因突變與交叉互換”，培養(yǎng)學(xué)生的邏輯推理能力。

（l）教師引導(dǎo)學(xué)生從基因型，區(qū)分基因突變與交叉互換，見表2。

這幅圖的異常點(diǎn)是：染色單體分離后形成的兩條染色體上的基因是B和b，究竟是基因突變還是交叉互換還是兼而有之，可以從基因型角度去思考。若基因型為BB或bb，則一定是復(fù)制時(shí)出現(xiàn)差錯(cuò)才導(dǎo)致染色單體上的基因不同，因此這種情況應(yīng)為基因突變。若基因型為Bb，則可以從細(xì)胞分裂方式的角度加以區(qū)分。

（2）教師引導(dǎo)學(xué)生從細(xì)胞分裂方式，區(qū)分基因突變與交叉互換，如圖4所示。

兩幅圖的共同異常點(diǎn)是：染色單體分離后的兩條染色體上的基因分別為B和b。但左圖為有絲分裂，交叉互換只會(huì)出現(xiàn)在減數(shù)分裂中，因此左圖出現(xiàn)B與b的原因是：基因突變。右圖是一個(gè)細(xì)胞的減數(shù)第二次分裂，且未出現(xiàn)與此同時(shí)形成的另一個(gè)細(xì)胞的分裂圖，因此出現(xiàn)B與b的原因需要綜合分析。

（3）教師引導(dǎo)學(xué)生比較減數(shù)分裂中的基因突變與交叉互換，如圖5所示。

兩幅圖都是關(guān)于減數(shù)分裂，且都出現(xiàn)染色單體上的基因不同的現(xiàn)象，而且也未知個(gè)體原來的基因型，但是給出了同源染色體上的基因型。因此，教師可以以此為切入點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生分析相關(guān)的基因型：左圖中相關(guān)基因型為AAaa，由此可推測，左圖原來基因型為Aa，復(fù)制時(shí)未發(fā)生差錯(cuò)，則復(fù)制后的基因型為AAaa，只是四分體時(shí)期發(fā)生了交叉互換。右圖中相關(guān)基因型為Dddd，由此可推測原來基因型可能為Dd或dd，復(fù)制時(shí)出現(xiàn)了差錯(cuò)，前者基因D突變?yōu)閐，或者d突變?yōu)镈，則復(fù)制后的基因型為Dddd，故而出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因是基因突變。

3 結(jié)論和啟示

隨著我國學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)體系的發(fā)布和高中課程標(biāo)準(zhǔn)的修訂，核心素養(yǎng)成為深化高中課程改革的關(guān)鍵詞。生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)應(yīng)該滲透到每一節(jié)課堂教學(xué)活動(dòng)中，教師應(yīng)該樹立核心素養(yǎng)教育理念，利用各種教學(xué)手段、教學(xué)策略，巧妙設(shè)計(jì)課堂活動(dòng)?？茖W(xué)探究和科學(xué)思維是高中生物核心素養(yǎng)重要構(gòu)成部分。但在當(dāng)前的習(xí)題評講課教學(xué)中顯得尤為欠缺，科學(xué)思維培養(yǎng)幾乎成為理論空談，很難落地生根。筆者以“基因突變與交叉互換”為例，通過回顧、分析、歸納的教學(xué)策略及應(yīng)用原理解決實(shí)際問題的策略研究，系統(tǒng)地闡釋了二者的區(qū)別，旨在引導(dǎo)學(xué)生探討生命現(xiàn)象及規(guī)律，解決生物學(xué)社會(huì)議題，從而培養(yǎng)學(xué)生崇尚并形成科學(xué)思維的習(xí)慣。