建构主义理论指导下的染色体组概念教学策略

孟凡龙

(江苏省扬州大学附属中学东部分校 225003)

建构主义(constructivism)理论的主要观点认为学习是学习者在原有知识经验的基础上，在一定的社会文化环境中，主动对新信息进行加工处理，建构知识的意义的过程。学习者从不同背景、不同角度出发，在教师和他人的协助下，通过独特的信息加工活动，建构起对现实世界的意义。建构主义强调学习者的主动性，认为学习是学习者主动地建构内部心理表征的过程。

染色体组(genome)概念是苏教版高中生物学必修2第3章第3节“染色体数目的变异”中的核心概念，一直是遗传学内容教学的重点和难点。很多教师对本节课进行公开教学的过程中，通常以雌雄果蝇的染色体图解来分析，然后呈现染色体组的概念，再由学生根据概念来判断其他细胞中的染色体组数目，这样的教学设计使得部分学生对染色体组的概念本质缺乏深入的理解，导致学生无法准确判断出细胞中的染色体组数目。为此笔者尝试基于建构主义理论创设生活情境，依托软磁铁模型活动进行染色体组核心概念的教学。

1 遵循思维规律，夯实基本概念

课前准备：每个小组一张A4纸，将其四周折起做成一个白纸盘(模拟雌果蝇的一个体细胞)，将模拟雌果蝇体细胞中8条染色体的纸片散乱分布在白纸盘中(图1)，另制作一个稍大型的8条染色体软磁铁模型教具贴在黑板右侧。

小组活动：由每个小组的学生将白纸盘中散乱分布的8条染色体进行自由分组，然后请一位学生将黑板上的8条染色体软磁铁模型进行自由分组，并说明分组的理由。大多数小组的学生都是将形状、大小相同的摆放在一起(图1)，其理由一般都说是形状和大小都相同的是同源染色体(homologous chromosomes)。此时引导学生回忆同源染色体的概念和减数分裂中同源染色体的行为。学生一般都能指出同源染色体是指形状和大小一般都相同，一条来自父方，一条来自母方，能配对的两条染色体。要求学生说出果蝇体细胞中含有几条染色体？几对同源染色体？并根据染色体编号具体说出谁和谁是同源染色体。

图1 雌果蝇染色体模型图解

同时教师在学生已有的同源染色体前概念的基础上，呈现资料，适当拓展：同源染色体上含有相似的DNA序列和相同的线性基因顺序，各等位基因位于同源染色体相同的基因座位上，等位基因的序列也是高度相似的。因此同源染色体上携带的遗传信息相似，功能基本相同。

2 激发思维品质，构建核心概念

2.1 结合案例分析，构建染色体组概念 教师引导学生思考：多数同学是依据染色体的形状和大小相同来进行归类分组的，那么能否换个思维角度，思考是否还有其他的分组方式？此时有部分学生会想到将形状和大小不相同的染色体分在一组，这样就会有两个小组。教师顺势将黑板上的8条染色体软磁铁模型分别编号，并标记上四对不同的等位基因，即AaBbCcXDXd(图2)，请学生思考：将形状和大小不相同的染色体分在一组，这样的分组有几种可能的分法？引导学生回忆同源染色体在减数分裂过程中的行为特征，抓住同源染色体在减数第一次分裂后期发生分离这一关键点，从而深入理解减数分裂形成配子种类的本质。

图2 雌果蝇染色体模型标记分组图解

学生提出问题：只有正常生物染色体的一半，即只有配子的染色体数目，现实生活中这样的生物能存活么？教师介绍：植物中有许多由未受精的卵细胞自然发育成的植物，如番茄、棉花、咖啡和小麦等，目前多数植物都可以通过花药或花粉人工培育成植物体。动物中如蜜蜂中的雄蜂也是由未受精的卵细胞直接发育而来的[1]。接着教师播放有关蜜蜂性别的视频，并呈现资料：蜜蜂是一种群居性的社会性昆虫，蜜蜂群体中有蜂王、工蜂和雄蜂三种类型，其生长发育过程如图3(简单介绍一下雄蜂产生精子的过程是一种“假减数分裂”，其职责就是和蜂王交配繁殖后代，一般寿命不长)，不同蜜蜂体细胞中的染色体情况如图4。重点比较雄蜂和蜂王(或工蜂)的染色体组成，分析它们之间的区别和联系，引导学生深入理解雄蜂体细胞中的染色体组成特征：细胞中的一组非同源染色体，没有等位基因，它们在形态、大小和功能上各不相同，含有控制该种生物性状的一整套基因，且没有重复的染色体。但又互相协调，共同控制生物的生长、发育、遗传和变异。

图3 蜜蜂的个体发育过程图解

图4 不同蜜蜂体细胞的染色体图解

2.2 注重活动类比，理解染色体组概念 小组活动：教师要求每个小组的学生从白纸盘中排列整齐的雌果蝇的8条染色体中取出一个染色体组，然后请一位学生从黑板上雌果蝇的8条染色体软磁铁模型中取出一个染色体组，并说明理由。大多数学生都能快速准确地取出一个染色体组，但也有极少部分学生会少取一条或多取一条，教师及时引导学生分析这种情况下的一组染色体能否称为一个染色体组，并请学生充分结合染色体组的概念来说明其不是一个染色体组的理由，然后请每位学生根据雌果蝇体细胞中染色体的编号写出卵细胞中的染色体组成，并设置问题讨论：①正常卵细胞中含有几条染色体？它们之间是什么关系？②这些染色体在形态和功能上是否相同？③若卵细胞中缺少一条染色体，能否正常控制生物性状？为什么？进而师生一起总结巩固染色体组的特征：一组非同源染色体，形态和功能各不相同，含有控制生物的生长发育、遗传和变异的全套遗传信息。

师生还可以通过双手类比活动激发学生深入理解染色体组概念的兴趣：教师请每位学生伸出双手，缩回大拇指，结合双手的8个手指(2个大拇指除外)，每个手指代表一条染色体，共有四对同源染色体，分别标号，那么一只手的四个手指就代表一个染色体组。采用图像类比的方法借助双手来模拟果蝇的染色体组，利用了人的非语言信息处理系统，以表象形式促使学习者进行类比推理，提高了理解科学概念的效率。

3 联系生活实际，深化核心概念

教师利用黑板上雌果蝇的染色体图解，引导学生理解：对于由受精卵发育成的正常生物体而言，其体细胞中含有几个染色体组就称其为几倍体，从而引导学生一起建构二倍体(diploid sporophyte)和多倍体(polyploid)的概念。同时教师呈现生活中常见的几种生物体细胞中的染色体组，尤其是开花的种子植物(可简单介绍普通小麦和八倍体小黑麦的形成过程图解)。

基于对染色体组概念深入理解的基础上，建构整倍性变异和单倍体(Haploid)的概念：像雄蜂这样的生物体细胞中染色体数目与正常体细胞相比，以染色体组的形式成倍地减少或增加就称为染色体数目的整倍性变异(可同时引入非整倍性变异的概念)。像雄蜂这样的生物，其体细胞中只有正常生物一半的染色体数目，即只有配子染色体的生物，其发育状况与正常生物一样么？这样的一类生物是否有个统一的名称？引导学生在教材中寻找答案，学生很容易找到单倍体的概念及单倍体植株的特征(图5)。

图5 单倍体和多倍体的形成图解

由于单倍体缺少正常生物的一半染色体，所以生长状况较弱，如果能够使它的染色体再加倍，就可以成为正常的二倍体了，如何使单倍体的染色体数目加倍？学生很快就可以找到秋水仙素(或低温)处理单倍体幼苗的方法和机理，注意引导学生分析单倍体植株的根细胞中染色体是否加倍，然后引导学生分析单倍体育种的原理、步骤和优势。那么正常的二倍体植株能否用秋水仙素(或低温)处理？处理后会出现怎样的结果？学生都能理解形成四倍体，在此基础上师生一起分析三倍体无子西瓜的培育过程图解，并一起总结多倍体育种的原理、步骤和优势。

4 教学反思

生物学核心概念的教学要注重概念的建构过程设计。本节课中染色体组概念的学习，首先结合雌果蝇染色体的模拟活动，创设雄蜂染色体特征的情境，进而建构染色体组核心概念。当学生在同源染色体概念的基础上同化染色体组概念的时候，会出现认知冲突，此时教师要在顺应过程中逐步引导学生达到一种新的平衡。

课堂中以学生为中心、以活动为载体建构染色体组核心概念，这样的概念教学设计有助于激发学生兴趣，提高课堂效率。