“染色體組概念及其數(shù)目判斷”的活動(dòng)式教學(xué)設(shè)計(jì)*

翁希凝（南京市人民中學(xué) 江蘇南京 210005）

“染色體組”是學(xué)生在學(xué)習(xí)“染色體數(shù)目變異”，尤其是整倍性變異時(shí)的核心概念，是進(jìn)一步理解二倍體、多倍體和單倍體等概念的基礎(chǔ)。在理解染色體組概念的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步掌握細(xì)胞中染色體組數(shù)目的判斷方法也極為重要。正確判斷細(xì)胞中的染色體組數(shù)目，是判斷生物體為二倍體、多倍體或單倍體的重要前提之一。人教版《生物2 必修·遺傳與進(jìn)化》中關(guān)于染色體組的概念表述為：細(xì)胞中的一組非同源染色體，在形態(tài)和功能上各不相同，但又相互協(xié)調(diào)，共同控制生物的生長、發(fā)育、遺傳和變異，這樣的一組染色體，叫做一個(gè)染色體組。即一個(gè)染色體組中的染色體應(yīng)該具備3 個(gè)特征：一組非同源染色體（不能含有同源染色體）；形態(tài)和功能各不相同；攜帶著控制一種生物生長、發(fā)育、遺傳和變異的遺傳信息。如此抽象的概念，對(duì)于正處于從形象思維向抽象思維過渡階段的高一學(xué)生來說很難理解其實(shí)質(zhì)。而且，依據(jù)此概念，也無法直接對(duì)細(xì)胞中的染色體組數(shù)目進(jìn)行判斷。這些都是教師需要重點(diǎn)解決的問題。在“染色體組概念及其數(shù)目判斷”的教學(xué)中，采用活動(dòng)式教學(xué)方法，借助自制教具幫助學(xué)生自主構(gòu)建染色體組的概念，掌握染色體組數(shù)目的判斷方法，提升學(xué)生的科學(xué)思維能力。

1 教學(xué)目標(biāo)

1）構(gòu)建染色體組的概念;

2）掌握染色體組數(shù)目的判斷方法。

2 教學(xué)重、難點(diǎn)

1）重點(diǎn)：構(gòu)建染色體組的概念；

2）難點(diǎn)：掌握判斷染色體組數(shù)目的2 種常用方法。

3 課前準(zhǔn)備

教師準(zhǔn)備一塊足夠大的白板，其上預(yù)先畫好3個(gè)細(xì)胞輪廓，再準(zhǔn)備3 種不同形態(tài)的磁條若干，代表染色體，其中一部分預(yù)先寫上基因，若無磁條可用不同顏色的彩紙代替。學(xué)生每人預(yù)先在一張A4 紙上畫好3 個(gè)細(xì)胞輪廓，再準(zhǔn)備3 種不同形態(tài)的剪紙若干，代表染色體，其中一部分預(yù)先按教師要求寫上基因。

4 教學(xué)過程

4.1 染色體組的概念

4.1.1 一個(gè)染色體組中的染色體組成 教師展示雌果蠅體細(xì)胞的染色體圖（圖1-1）［1］，告知學(xué)生Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ代表染色體編號(hào)，X為性染色體。引導(dǎo)學(xué)生思考下列問題：

圖1-1 雌果蠅體細(xì)胞染色體圖［1］

1）染色體Ⅱ號(hào)與Ⅱ號(hào)、Ⅲ號(hào)與Ⅲ號(hào)、Ⅳ號(hào)與Ⅳ號(hào)、X 與X 是什么關(guān)系？ 學(xué)生根據(jù)之前學(xué)過的減數(shù)分裂的知識(shí)很容易答出是同源染色體。

2）雌果蠅經(jīng)減數(shù)分裂產(chǎn)生的卵細(xì)胞中的染色體組成情況是怎樣的？ 教師提醒學(xué)生減數(shù)分裂過程中會(huì)發(fā)生同源染色體分離，學(xué)生能答出卵細(xì)胞中的染色體由1 條Ⅱ號(hào)、1 條Ⅲ號(hào)、1 條Ⅳ號(hào)和1條X 染色體組成（圖1-2）［1］。

圖1-2 雌果蠅卵細(xì)胞染色體圖［1］

3）雌果蠅卵細(xì)胞中的染色體與體細(xì)胞中的染色體是什么關(guān)系？有了第2 問作鋪墊，學(xué)生不難答出卵細(xì)胞中的染色體剛好是由體細(xì)胞中所有各對(duì)同源染色體中的一條組成的。

在此基礎(chǔ)上教師引導(dǎo)學(xué)生概括得出：像雌果蠅的卵細(xì)胞這樣，由體細(xì)胞中所有各對(duì)同源染色體中的一條所組成的一組染色體，組成了一個(gè)染色體組。這樣，學(xué)生對(duì)“染色體組”這一抽象的概念，有了初步直觀的感性認(rèn)識(shí)。

4.1.2 構(gòu)建染色體組的概念 教師在白板上展示一個(gè)含有3 對(duì)等位基因分別位于3 對(duì)同源染色體上的體細(xì)胞（圖2-1），讓學(xué)生在A4 紙上用剪紙照樣擺好。然后，教師讓學(xué)生根據(jù)概括出的“由體細(xì)胞中所有各對(duì)同源染色體中的一條所組成的一組染色體，組成一個(gè)染色體組”，讓學(xué)生擺出一個(gè)染色體組。由于各條染色體上的基因不同，學(xué)生所擺成的染色體組中的染色體上的基因也會(huì)有所不同，這正好為構(gòu)建染色體組的概念提前做好鋪墊。教師可選擇一些學(xué)生在白板上展示擺成的染色體組（圖2-2）。

圖2-1 含有3 對(duì)基因的體細(xì)胞

圖2-2 學(xué)生擺成的染色體組

教師提問：所擺的這些染色體是否都能組成一個(gè)染色體組？由于染色體上的基因不同，不少學(xué)生會(huì)糾結(jié)于應(yīng)選擇帶有何種基因的染色體組成染色體組。教師因勢(shì)利導(dǎo)，對(duì)此概念進(jìn)行強(qiáng)化：由體細(xì)胞中所有各對(duì)同源染色體中的任意一條所組成的一組染色體，都能組成一個(gè)染色體組。

在此基礎(chǔ)上，教師引導(dǎo)學(xué)生自主構(gòu)建染色體組的特征：①一組非同源染色體；②形態(tài)和功能各不相同。這2 個(gè)特征學(xué)生很容易構(gòu)建，因?yàn)閺膱D2-2 中能直觀發(fā)現(xiàn)一個(gè)染色體組中的各條染色體形態(tài)和大小明顯不同，說明是非同源染色體；各條染色體上的基因不同，說明控制不同的性狀，功能也不同。教師引導(dǎo)學(xué)生思考：

1）基因A與a、B與b、D與d是什么關(guān)系？學(xué)生根據(jù)所學(xué)的知識(shí)知道，它們都是等位基因。

2）等位基因控制的是同一性狀嗎？ 學(xué)生回憶等位基因控制的是同一性狀的不同表現(xiàn)類型，即等位基因控制的是同一性狀。

3）與體細(xì)胞相比，一個(gè)染色體組中的基因有何不同？ 學(xué)生通過比較發(fā)現(xiàn)，與體細(xì)胞相比，雖然一個(gè)染色體組中的基因減少了一半，而且每位學(xué)生各自所擺染色體組中的染色體上的基因也不盡相同，但基因的種類卻并未減少，這就說明一個(gè)染色體組仍然攜帶著控制一種生物生長、發(fā)育、遺傳和變異的遺傳信息。至此，學(xué)生構(gòu)建染色體組的第3 個(gè)特征已然水到渠成。

最后，教師引導(dǎo)學(xué)生將染色體組的3 個(gè)特征進(jìn)行綜合，進(jìn)一步構(gòu)建染色體組的完整概念。通過以上活動(dòng)，絕大多數(shù)學(xué)生對(duì)染色體組的概念由感性認(rèn)識(shí)上升到了理性認(rèn)識(shí)。教師可通過雄果蠅體細(xì)胞的染色體圖對(duì)染色體組的概念進(jìn)行及時(shí)反饋。由于雄果蠅的性染色體形態(tài)不同，在判斷雄果蠅的一個(gè)染色體組中的染色體組成時(shí)，有利于加深學(xué)生對(duì)染色體組概念的理解。

4.2 細(xì)胞中染色體組數(shù)目的判斷

4.2.1 依據(jù)染色體形態(tài)判斷 教師在白板上展示只含有1 個(gè)染色體組的細(xì)胞，該染色體組由3 條染色體組成，其上不標(biāo)基因，讓學(xué)生在A4 紙上照樣擺好。然后，讓學(xué)生分別擺出含有2 個(gè)和3 個(gè)這樣的染色體組的細(xì)胞，并在白板上展示（圖3-1）。

圖3-1 分別含有1 個(gè)、2 個(gè)、3 個(gè)染色體組的細(xì)胞

教師提問：判斷一個(gè)細(xì)胞中的染色體組數(shù)目的依據(jù)是什么？學(xué)生雖能正確完成教師布置的上述任務(wù)，但要概括判斷染色體組數(shù)目的依據(jù)仍有難度。經(jīng)教師啟發(fā)，學(xué)生發(fā)現(xiàn)：細(xì)胞中同一形態(tài)的染色體有幾條，就有幾個(gè)染色體組。教師趁勢(shì)引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步思考可這樣判斷染色體組數(shù)目的依據(jù)——染色體組中是沒有同源染色體的，同一形態(tài)的染色體即同源染色體，必然分別屬于不同的染色體組。這樣，加深了學(xué)生對(duì)上述判斷方法的理解。

不少學(xué)生在用上述方法進(jìn)行判斷時(shí)常將細(xì)胞中的染色體形態(tài)數(shù)目錯(cuò)當(dāng)成染色體組數(shù)目。為了解決這一問題，教師可在圖3-1 中第3 幅圖的基礎(chǔ)上進(jìn)行修改，再讓學(xué)生判斷這2 個(gè)細(xì)胞（不是來自同種生物）中的染色體組數(shù)目（圖3-2）。學(xué)生經(jīng)比較發(fā)現(xiàn)，雖然2 個(gè)細(xì)胞中的染色體形態(tài)和數(shù)目都不同，但共同特點(diǎn)是同一形態(tài)的染色體都各是3 條，所以都含有3 個(gè)染色體組，從而使學(xué)生對(duì)上述判斷方法的理解和運(yùn)用進(jìn)一步得到加強(qiáng)。

圖3-2 含有3 個(gè)染色體組的細(xì)胞

4.2.2 依據(jù)基因型判斷 教師讓學(xué)生用標(biāo)有任意2 種基因的染色體剪紙擺出含有2 個(gè)染色體組的細(xì)胞（不是來自同種生物），并選擇一些學(xué)生在白板上展示（圖4）。

圖4 含有2 個(gè)染色體組的細(xì)胞

教師讓學(xué)生寫出自己所擺的細(xì)胞及白板上所展示的細(xì)胞的基因型，并啟發(fā)學(xué)生思考：這些細(xì)胞的基因型各不相同，但都含有2 個(gè)染色體組，你能從中找出細(xì)胞的基因型與染色體組數(shù)目之間的關(guān)系嗎？ 有了前一種判斷方法作為基礎(chǔ)，學(xué)生能發(fā)現(xiàn)：細(xì)胞中控制同一性狀的基因（不分顯、隱性）有幾個(gè)，就有幾個(gè)染色體組。同樣，教師趁勢(shì)引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步思考可這樣判斷染色體組數(shù)目的依據(jù)——控制同一性狀的基因位于同源染色體上，而染色體組中是沒有同源染色體的，這些控制同一性狀的基因各自所在的同源染色體必然分別屬于不同的染色體組。這樣，加深了學(xué)生對(duì)上述判斷方法的理解。

教師讓學(xué)生判斷例如基因型為AAaa、BBbDdd、AbD的細(xì)胞所含有的染色體組數(shù)目，如果學(xué)生還不熟練，可讓學(xué)生先用標(biāo)有基因的染色體剪紙擺出上述細(xì)胞的染色體組成情況，再進(jìn)行判斷。這樣有助于鞏固學(xué)生對(duì)上述判斷方法的掌握。

此外，還有一種判斷方法：染色體組數(shù)目=染色體數(shù)目／染色體形態(tài)數(shù)目。其依據(jù)與第1 種判斷方法相同，不再贅述。

5 教學(xué)反思

從學(xué)生的課堂反應(yīng)和課后反饋分析，活動(dòng)式教學(xué)取得了良好的效果，分析其原因在于：活動(dòng)式教學(xué)中，在教師的指導(dǎo)下，學(xué)生自己動(dòng)手、動(dòng)口、動(dòng)腦，充分調(diào)動(dòng)多種器官參加學(xué)習(xí)，興趣濃厚、思維積極、感知豐富、樂學(xué)易懂。以認(rèn)知活動(dòng)為突破口，創(chuàng)設(shè)良好的課堂氛圍，以活動(dòng)為形式，注重外顯行為活動(dòng)與思維內(nèi)化活動(dòng)的結(jié)合，重視認(rèn)知活動(dòng)與情意活動(dòng)、教師主導(dǎo)活動(dòng)與學(xué)生主體活動(dòng)、學(xué)生個(gè)體活動(dòng)與群體活動(dòng)的協(xié)調(diào)，促使學(xué)生由消極被動(dòng)的學(xué)習(xí)向積極主動(dòng)的學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)化，使認(rèn)知和情感得到和諧發(fā)展。

此外，教學(xué)過程中組織學(xué)生使用自制教具構(gòu)建物理模型（生物圖），借助這些生物圖將抽象的、難以理解的概念轉(zhuǎn)變成符合學(xué)生認(rèn)知水平和思維特點(diǎn)的形象的、易于理解的信息，學(xué)生再通過對(duì)這些生物圖包含的信息進(jìn)行加工，很好地理解了染色體組的概念，并掌握了判斷染色體組數(shù)目的方法，提升了學(xué)生的科學(xué)思維能力等生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)［2］。