基于科学思维的“染色体变异”的教学

江 钐

(福建省宁德市高级中学 352100)

发展学生的科学思维是高中生物学课标要求之一。科学思维是对事物或问题进行观察、比较、分析、综合、抽象与概括的一种思维。是基于逻辑和思辨的一种思考问题的重要方式。教学上应该基于学生的认知水平，从学生的最近发展区出发，搭建思维的支架，引导学生主动观察探究、比较推理、交流互动，应用类比、演绎、归纳和建模等思维方法学习新知，形成认知结构的同化和顺应，达成对知识的深入透彻理解，建立科学概念。本文以“染色体变异”教学为例，探讨教学上如何发展学生的科学思维。

1 不同思维方法在“染色体组”教学上的应用

染色体组概念是本节课的核心概念，教学上可采用不同策略，突破教学的重难点。

1.1 类比推理法 类比推理是根据两个或两类对象有部分属性相同，从而推导出它们的其他属性也相同的推理。应用类比推理，与某些原有知识联系，有利于学生快速对该概念的理解。类比推理要选择贴近学生认知的事物。“染色体组”可以使用两只手类比，把一只手比喻成一个染色体组，其中不同手指代表非同源染色体。然后展示双手，各手指相对，类比细胞的两个染色体组，设问： 为什么此时为两个染色体组？教师引导学生只数大拇指的数目有2个。但是以上方法只能解决二倍体的问题，不能延伸到多倍体，尤其涉及到性染色体时更难说清楚。用扑克牌与染色体组类比则更形象些。用黑桃牌表示父方染色体，红桃牌表示母方染色体，相同数字的黑红两张牌就表示一对同源染色体，还可以用大小王表示一对性染色体XX，再剪个半张牌表示Y染色体，不同数字的牌就表示非同源染色体。同时，可以用黑桃A和红桃2表示为什么一条父方和一条母方的染色体不一定是同源染色体，X和Y染色体大小不同为什么是同源染色体等。

1.2 模型建构法 模型是人们为了某种特定目的而对认识对象所做的一种简化的、概括性的描述，是科学研究中对复杂事物的一种简单的描述方法。

教师在黑板用磁性贴表示雄果蝇精原细胞染色体，要求在细胞下的两个空圆圈内表示出雄性果蝇可能产生的精细胞。学生积极思考讨论、合作探究、学习建模。学生小组代表上讲台展示图1A。教师问： 还有别的可能吗？另一位学生上台用磁性贴展示了图1B，教师借图追问： 精原细胞可能产生的配子一共有多少种？(2n)请你说说这些配子如何形成？配子中还有同源染色体吗？形态结构相同吗？有等位基因吗？有全套基因吗？而后引导学生根据配子图形包含的信息，归纳出“染色体组”的概念[1]。

图1 建构果蝇染色体组模型

将基因标在染色体上，有助于学生理解“同源染色体上的等位基因分离，非同源染色体上非等位基因自由组合”，理解果蝇配子(一个染色体组)的形成过程。让学生说说“染色体组”概念，训练学生由具体感性认知到抽象理性认识的思维能力。

2 不同思维方法在不同教学环节上的应用

2.1 模型建构，搭建思维模板 可通过构建模式图与概念图来学习不同的知识。

(1) 建构模式图，学习多倍体的形成 列举多倍体植物实例，多倍体生物是如何形成的呢？引导学生阅读教材，思考分析多倍体形成的内在原因，教师再用课件将正常、异常两个细胞分裂模式图进行对比(图2)，来揭示染色体组数规律，使抽象的问题简单化。加深学生对多倍体形成的透彻理解。

图2 正常有丝分裂与异常有丝分裂对比

(2) 梳理知识，构建染色体变异概念图 基于学生的学情和有限的课堂时间，教师先在黑板画出本节课染色体变异的概念图框架。框框内容先空白，提供学习支架。学生体验参与课堂活动，形成新认知，梳理归纳概念有关内容，师生合作，按教学程序先后填写在黑板上(图3)。可先建构子概念，再建构总概念，边学边写，引导学生归纳建模。

图3 染色体变异概念图

同时，因课件的动态性，停留在黑板内容，学生可以反复看，板书与课件相结合，有利于知识的吸收，也体现了先行组织者的思维建构过程。

2.2 逆向思维，判断变异的内在本质 逆向思维法是指为实现某一创新或解决某一因常规思路难以解决的问题，而采取反向思维寻求解决问题的方法。

图2表示环青海湖地区年、季降水量变化趋势。由图可以看出，近50a来，该地区平均年降水量呈不显著的增加趋势。季降水量变化趋势各不相同。春、秋两季降水量总体呈下降趋势，平均每10a分别下降1.5mm和1.0mm，春季波动大于秋季；夏、冬季降水量总体呈上升趋势，平均每10a分别升高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减对年降水量的变化影响很小。

出示练习题： 图中不属于染色体结构变异的是( )。学生思考讨论，并说出判断的理由。同时，教师指导学生在题中圈出变异部位，题中的B、 C、 D选项要求逆向思维，将图还原，画出未变异时的图(图略)，即可判断变异是发生在同源染色体还是非同源染色体上。

2.3 比较相近概念，辨析概念的异同 比较思维是基于事物的相关性与差异性，是通过对两种相近或是相反事物的对比进行思维，寻找事物的异同及其本质与特性。教学过程中概念的辨析，可以针对概念的要素，同中求异、异中求同，揭示概念的内涵和外延，明确其适用范围[2]。

例如，可以基于2.2中的例子，以习题带动知识点，引发学生积极思考、辨析概念归纳出： 染色体结构变异的增加(缺失)与基因突变的增加(缺失)的区别，基因突变、交叉互换与易位的区别，三种变异结果的区别。在概念辨析中进一步实现知识的深化。

又如，掌握了染色体组概念，分清细胞含几个染色体组后，应用“染色体组”知识列表比较，辨析“单倍体”“二倍体”“多倍体”概念。教师引导学生关键从个体发育起点及体细胞中染色体组数，找出判断的规律，并对单倍体生物为什么“一般是不育”加以分析。

2.4 演绎与归纳，重构知识的再认知 演绎推理是从一般性知识推出特殊性知识结论的推理，是应用已学知识，推理分析新问题的过程；归纳推理是以特殊知识为前提，推出一般性知识的思维方式，通过归纳推理，揭示事物的规律。

教师可出示练习题： 一对正常夫妇生了一个患红绿色盲孩子(甲)和无致病基因的正常孩子(乙)，甲和乙的性染色体组成均为XXY。下列示意图最能表明其原因的分别是________，甲男孩可能产生几种配子？________。

A

B

C

D

本题需要正向推理和逆向推理相结合，理解细胞图形的含义，进行文字信息与图像的信息切换。课堂要求学生逻辑推理，说出解题思路。先判断正常夫妇基因型，推理子代基因型为甲XbXbY、乙XBX-Y，结合A～D选项图中染色体行为变化的含义，分析夫妇分别提供什么精子和卵细胞，得出原因分别是D，A或D。最后根据甲男孩的基因型，推理其减数分裂，可能产4种配子。

基于以上演绎推理，归纳总结染色体数目变异为： 由个别同源染色体或个别姐妹染色单体移向同一极导致形成个别染色体增减数目的(非整倍体)；染色体组成倍增减，导致形成整倍体。通过演绎推理，解决具体问题，学以致用；通过归纳推理，促进知识的内化。

染色体变异内容较为抽象，课堂教学利用图表进行可视化表达，降低学生的认知难度。课堂进行不同方式的思维推理训练，发展学生的科学思维，形成“认知→提高→再认知”，完成知识的再建构。