基于发展学生生物学核心素养的“减数分裂”一课的教学设计

余红月

(福建省厦门大学附属科技中学 厦门 361005)

1 教材分析与设计思路

“减数分裂”是人教版高中生物学教材必修2第2章第1节“减数分裂和受精作用”中第1小节内容，主要介绍减数分裂概念及配子的形成过程。本节内容是在学生学习了细胞的有丝分裂基础之上进行的，是对有丝分裂知识的延伸和扩展，也是学习遗传变异的基础。减数分裂的概念及精子形成过程是本节的教学重点，而基于生物学事实和证据进行归纳、推理、模型与建模等是本节重点落实的科学思维目标。由于减数分裂是微观、动态、连续变化的过程，因此，染色体形态、数目和位置的变化规律成为理解减数分裂过程的重难点。

笔者在“减数分裂”教学实践中，首先充分运用生物科学史创设真实情境、提供证据，引导学生进行分析、论证并形成生成性问题，由问题进一步促进学生举证和推理，层层深入，进而深刻理解配子形成过程中染色体数目及行为变化；然后引导学生建构多种模型，以阐明减数分裂形成配子的过程，并运用模型和数学计算阐明配子的多样性；最后通过对21-三体综合征的讨论实现知识的迁移应用。整个教学过程力求让学生主动学习、真正学习，训练科学思维。

2 教学目标

依据课程标准并围绕培养学生核心素养的要求，制订下列课时教学目标：

(1) 通过学习有性生殖的生物体配子形成中的减数分裂过程和染色体行为，形成遗传信息传递的相对稳定性和生物多样性的观点。

(2) 通过学习科学史中科学家的观察、推论和实证的范式，提高学生基于实证的推理能力；通过运用模型和数学计算学习在减数分裂过程中的染色体的变化等行为，提高科学思维和科学探究能力。

(3) 通过学习运用模型解释某些人类遗传病的形成原因，关注人体健康，落实社会责任。

(4) 通过“讨论与交流”教学活动，提高“乐于探究”“善于交流”及“敢于质疑”的学习品质。

3 教学过程

3.1 问题引导，史料为证，用推理与实证导入课题 问题情境导入： 遗传定律描述配子形成中基因传递规律，从细胞学角度，配子产生方式及过程是怎样的？

进一步问题引导： ①细胞通过分裂产生，已学习的细胞分裂的方式有哪些？②有丝分裂的主要特征及意义是什么？③根据已有知识，你认为进行有性生殖生物是通过何种方式形成配子的呢？你是如何推理的？目前有何证据支持你的观点？

在学生回答基础上，提供史料补充背景知识： ①1883年，比利时的细胞学家贝尔登观察到马蛔虫的受精卵中，染色体的数目为4条，而卵子与精子中的染色体数则都为2条[1]。②1887年，魏斯曼系统地总结了前人及自己实验室对极体的研究结果： 虽然极体与卵细胞比起来，在大小上差别甚大，但实质上它们和卵细胞一样，是卵母细胞分裂的结果。卵母细胞成熟形成极体的意义，就在于使卵中的染色体数目减半。并推论在精子形成的过程中存在着同样的过程，这是最早预言减数分裂的存在[1]。

问题引导： 要弄清减数分裂的完整过程，主要问题是如何将减数分裂的各个时期排出个先后顺序来。对此，你有怎样的思路？

提供史料： 1900年，冯·温尼沃尔特想了一个很巧妙的方法。他取出生一天、一天半、两天……一直到28天的雌性小兔，解剖出卵巢，观察比较卵母细胞中染色体的动态。如果刚出生的小兔卵巢中的分裂相为A，出生两天的分裂相为AB，而出生四天的是ABC……显然，这几种分裂相出现的顺序是A、 B、 C。就这样，他用这样的办法确定了减数分裂早期的一系列分裂相。

设计意图： 目标为导向，问题为手段，交流为平台，运用演绎推理，让学生自主得出结论，并且让学生明确科学是创造性的工作，光有大胆猜测是不够的，还必须依赖于观察和实证。

3.2 运用生成性问题和资料分析，厘清染色体行为的变化 问题①： 减数分裂形成的子细胞中具有怎样的一半染色体？染色体数目如何减半？

提供资料并讲述： 展示人及果蝇体细胞和配子的染色体图，说明同源染色体、非同源染色体、染色体组等概念及其关系，并让学生用毛根玩具进行模拟。然后请学生阐述自己对前述问题的解释。

问题②： 你能推测同源染色体为何能准确分离吗？

提供资料并分析： ①Montgomery(1901)做了大量观察，他发现有一个物种，2n=14，染色体间的大小差异很大。实验中观察到染色体两两配对现象。如果配对是在父本染色体间或母本染色体间进行，会有此结果吗？据此说明染色体的配对关系应是怎样的？②提供染色体联会的照片和示意图，说明染色体的联会及交叉互换现象。

问题③： 减数分裂中，同源染色体向哪一极移动是随机的吗？

提供资料并分析： 1903年，萨顿创造性提出： 在减数分裂后期，同源染色体“随机分离”。但萨顿在当时并没有充分的证据证明这一假设[1]。从遗传学的角度来说，你认为萨顿的依据和推理是什么？如何用实验证明萨顿的假设？

提供资料并分析： 1913年，Carother发现笨蝗细胞中有一对同源染色体大小不等，而雄蝗虫的性染色体(X染色体)仅一条，减数分裂时，这条染色体只能待在一极。Carother统计了300多个后期的细胞，发现X染色体与那对大小相异的同源染色体的组合，接近1： 1[1]。这能说明什么呢？其意义是什么？

设计意图： 运用生成性问题层层引导，结合实验的论证，让学生深刻理解减数分裂的主要特征，培养学生基于实证的推理能力，在情境与问题解决中建构概念。

3.3 建构多种模型，交流讨论，促进知识结构化 在教学中可分别建构概念模型、物理模型和数学模型。

3.3.1 概念模型的建构 问题引导： 根据前述分析，减数分裂的本质变化是什么？染色体的复制发生在什么时候？同源染色体分离，形成两个子细胞，减数分裂结束了吗？随后染色体会怎样变化？你能阐明减数分裂这一概念吗？请准确描述MⅠ和MⅡ的主要特征。

教师运用减数分裂视频进一步说明减数分裂过程，展示哺乳动物精子和卵细胞的形成示意图，让学生阐述精子和卵细胞的形成过程及两者的异同点。

设计意图： 将教材内容后置，在学习背景知识的基础上，形成概念，让学生知道知识从何而来，从而领悟本质。

3.3.2 建立减数分裂中染色体变化的物理模型 任务： ①以两对同源染色体为例，以每个小组为单位，用毛根玩具模拟染色体，并用小段吸管代表着丝点，模拟减数分裂中染色体数目及主要行为的变化；②用图画绘出典型时期模式图。

表达与交流： ①与其他小组交流建构模型的过程和结果。②你对小组分享的模型有何疑问？怎样修订本组模型？③人的体细胞中有23对同源染色体，那么人在形成精子或卵细胞时，可能产生多少种类型的配子呢？理由是什么？这对于生物多样性的形成有什么意义？

设计意图： 将教材模拟建构活动提前，通过学生的交流讨论，实现真实学习，形成科学思维。

3.3.3 数学模型的建构 任务： 完成精原细胞形成精子过程中染色体数目变化表及变化图。

设计意图： 将教材中的技能训练提前，让学生建构不同模型，深刻领悟模型方法。

3.4 拓展延伸，关注生命健康，实现知识情境化 情境： 21-三体综合征又叫先天愚型，是一种常见的染色体病。患者的智力低下，身体发育迟缓。对患者进行染色体检查，一般可以看到患者比正常人多了一条21号染色体。

问题： 这种遗传病形成的直接原因是什么？理论上，患者可形成的配子类型有几种？研究发现，母亲年龄过高(35岁以上)、过小(20岁以下)均是导致21-三体综合征发生的危险因素，亦有报道与父亲的年龄过高也有关。对此，你有何认识？学生交流讨论后，教师总结评价。

设计意图： 用问题促进学生思考，既巩固知识，又引导学生关注生命健康，勇于承担社会责任。

4 教学反思

本节课依据教学目标对教材进行处理，充分运用科学史和模型建构，让学生在模拟的具体情境中探究学习，如分析实验得出结论，尝试提出问题，思索实验方案，学习建模并用模型解决实际问题等。整个教学活动能促进学生在理解重要概念的同时学会科学思维，理解科学的本质，从更高角度去认识生命世界，解释生命现象。