提炼题型优化例题 聚焦发展科学思维——以“有丝分裂和减数分裂”为例

广东 吴浩钦

《普通高中生物学课程标准（2017年版）》（以下简称《课程标准》）中指出科学思维是运用科学的思维方法认识事物、解决实际问题的思维习惯和能力。生物学的科学思维是基于生物学事实和证据，运用归纳与概括、批判性思维、创造性思维等方法，探讨、阐释生命现象及规律，也是有效解决问题的关键能力。《课程标准》对细胞有丝分裂和减数分裂内容的具体要求是“描述细胞通过不同的方式进行分裂，其中有丝分裂保证了遗传信息在亲代和子代细胞中的一致性”“阐明减数分裂产生染色体数量减半的精细胞或卵细胞”，这是高中生物课程的难点。在比较有丝分裂与减数分裂的过程中，学生需要建立较好的空间想象能力、掌握比较与分析图像、曲线和图表并相互转换的能力，才能有效地解释相关生命现象、解答各类型试题。笔者在带领学生复习时发现，分析和比较细胞增殖过程中相关物质的变化与联系是培养学生科学思维的良好素材，通过提炼常考的题型，如文字叙述、图像识别、曲线图像匹配等，将设计制作模型、辨析图像、转换图表、材料分析等常见例题融入复习课中，以发展学生科学思维为目的，引导学生对细胞增殖的过程进行比较和归纳，掌握知识与答题技巧，训练并提升学生的科学思维能力。

一、制作模型，重视观察和概括能力

【例1】根据教材图示的染色体简图，学生用黏土制作染色体模型，分析不同细胞增殖方式中相关物质的变化，填写下表中不同时期细胞内染色体、染色单体、染色体组和核DNA的数目。

【设计意图】制作模型，能够促进学生运用观察和分析、归纳与概括等科学思维方法认识生命现象和原理。笔者让学生用不同颜色的超轻黏土制作染色体模型，分析不同增殖过程中染色体的行为变化，学生通过摆好染色体的位置，描述整个分裂过程，并做好相应数据的记录，这有助于学生直观理解有丝分裂与减数分裂整个过程的物质变化。学生还可以用模型直接演示交叉互换、自由组合的过程，分析分裂过程中出现的变异情况，如同源染色体不分离、姐妹染色单体不分离等现象（如图1）。制作染色体模型可以改变枯燥无味的讲练复习课模式，提高学生的参与度。在复习课中还应关注“姐妹染色单体”“同源染色体”等核心概念的教学，运用该模型与建模的研究方法，帮助学生运用结构与功能观解释有丝分裂过程中遗传信息在亲、子代细胞间的一致性，极大程度地提升学生对细胞增殖过程的认识和归纳，也有助于提升学生分析信息和转化信息的能力，这也是学生深刻理解、灵活应用知识的能力基础。

图1 黏土制作的染色体模型与分裂过程中的染色体行为

二、辨析图像，关注养成批判性思维

【例2】从某动物的性腺中分离不同的细胞，用简图描述细胞中的部分染色体行为（如图2），下列分析正确的是（ ）

图2

A.甲细胞处于减数第一次分裂前期，此时期细胞内的染色体发生复制

B.乙细胞表示次级精母细胞，此时期细胞内的染色体数与体细胞相同

C.丙细胞处于减数第一次分裂后期，图示细胞内的染色单体数是4条

D.丁细胞的子细胞属于体细胞，子细胞可能继续有丝分裂或减数分裂

【答案】D

【设计意图】本题主要以图形考查有丝分裂、减数分裂过程染色体行为的分析，以及判断染色体、染色单体数量。通过辨析图像，识别染色体的结构与行为，培养学生形成批判性思维和严谨的科学态度。染色体在减数分裂中重要的行为变化有：同源染色体联会与分离，非同源染色体自由组合。甲细胞没有发生同源染色体联会配对，根据染色体零散分布于细胞中，可推测该细胞处于有丝分裂前期，而染色体的复制发生在分裂间期；乙细胞虽然胞质均等分裂，也可能表示极体的分裂；丙细胞的同源染色体发生分离，说明其处于减数第一次分裂后期，但图示细胞内的染色单体数为8条；丁细胞是有丝分裂后期的细胞，其子细胞属于体细胞，在性腺内，精原细胞或卵原细胞均可能进行有丝分裂或减数分裂。解读试题时，教师可进一步引导学生认识染色体的形态，识别染色体、染色单体的数量。根据着丝粒在染色体上所处的位置，可将染色体分为中着丝粒染色体、亚中着丝粒染色体、端着丝粒染色体等类型（如图3）。该试题的甲、丙细胞中存在端着丝粒染色体，故其染色单体数为8。

图3 不同结构类型的染色体

三、转换图表，掌握信息转换方法

【例3】雄果蝇（2n=8）精巢内不同细胞进行分裂时某些物质的数量变化如图4，回答下列问题：

图4

（1）图中的①②③分别表示__________、__________、___________。

（2）初级精母细胞中的染色体发生____________________________，使配子具有多样性，这些细胞符合图4的细胞类型__________。

（3）细胞类型Ⅲ的物质不同于细胞类型Ⅱ的原因是_______________，若Ⅰ表示处于分裂期的细胞，则细胞类型Ⅰ所对应的分裂方式和时期是________________________，细胞Ⅳ表示___________________细胞。

（4）精巢某些细胞内的有关物质能否出现细胞类型V的情况，理由是________________________________________________________________。

【答案】（1）染色体数 染色单体数 核DNA数 （2）交叉互换和自由组合 Ⅱ （3）同源染色体彼此分离，分别进入次级精母细胞，使染色体数目减半 减数第二次分裂后期 精 （4）能，处于有丝分裂后期和末期的精原细胞，一个细胞内的染色体数为16，核DNA数为16个，此时期不含染色单体

【试题分析】例3以抽象的数据信息考查学生对有丝分裂和减数分裂过程中染色体、染色单体、核DNA数量变化的掌握情况，此类题型学生最容易混乱，具备抽象与概括、信息转换的科学思维能力是解题的关键，答题时宜将数据转化为熟悉的图形信息进行分析。例3用柱状图信息，引导学生将掌握的信息进行加工和转换、将抽象的信息具体化、复杂的信息简单化，训练学生掌握信息转化的技巧，提升学生概括和归纳的科学思维能力。细胞类型Ⅰ～V中，②偶尔变为0，则表示染色单体数目，①与③的比例为1∶2或1∶1，又因每个染色体上含1个或2个DNA，所以①表示染色体数目，③表示核DNA数目。将上述细胞中的物质转化为学生们熟悉的染色体图形信息如图5：

图5

初级精母细胞的每个染色体含有2个DNA，且染色体数目未减少，属于细胞类型Ⅱ，其细胞内的染色体发生交叉互换和自由组合使配子具有多样性；细胞类型Ⅲ的染色体数是Ⅱ的一半，染色体形态未发生改变，原因是同源染色体彼此分离，分别进入次级精母细胞；在分裂期中，细胞类型Ⅰ的染色体的着丝点分裂，且染色体数目与体细胞数目相同，则代表减数第二次分裂后期的次级精母细胞；细胞Ⅳ只含4条染色体，且每条染色体只含1个DNA，则表示精细胞或精子；精巢内的精原细胞既能进行有丝分裂又能进行减数分裂，细胞类型V的染色体数为16，则表示有丝分裂后期或末期的细胞。

四、解读曲线，提升归纳和综合思维能力

【例4】某二倍体生物细胞分裂过程中有关物质数量变化如图6所示，下列分析错误的是（ ）

图6

A.图甲和图乙中AB时段物质变化的原因相同，CD段的变化原因不同

B.图丙细胞中出现A基因发生于图乙中BC时段

C.图丙和图丁细胞分别对应于图甲的BC、DE时段

D.图乙HI后续的一段时间内，细胞的分裂方式与图丁相同

【答案】B

【设计意图】例4主要结合曲线信息考查学生对细胞增殖过程中DNA含量变化的解读，加强学生对细胞分裂图像的认识，解读曲线模型需要准确判断不同时期细胞中染色体和DNA的行为变化，准确分析图像并将其与曲线的时段进行匹配。通过解读曲线，教师可引导学生将曲线与图形或柱状图相匹配，提升信息的加工、分析与综合，归纳图像、曲线、图表之间的联系等关键能力，提升学生自主学习能力。图甲和图乙中AB时段物质变化的原因都是DNA的复制，CD时段形成的原因则分别是着丝点分裂，姐妹染色单体分开和同源染色体分离；图丙细胞中出现A基因的原因是基因突变而不是交叉互换，发生在图乙中的AB时段；图丙所示细胞中每个染色体有2个DNA，图丁所示细胞中每个染色体只有1个DNA，分别对应图甲的BC、DE时段；图乙中GH时段表示受精作用，受精卵进行有丝分裂，方式与图丁所示细胞分裂方式相同。讲解例4时，教师不妨引导学生构建不同分裂过程中相关物质的变化曲线图，精准区分某种分裂方式、某个时期的核DNA的数量、染色体的数量，每个染色体上的DNA、染色单体、染色体组的数量，并训练学生总结图像与曲线或数据图进行信息匹配与转换的方法（如图7）。

图7 有丝分裂和减数分裂中染色体与DNA数目的变化曲线

五、获取信息，发展创造性思维和推理能力

【例5】哺乳动物受精卵的前几次分裂异常可能导致子细胞出现多核现象，进而引起胚胎发育异常。科研人员利用小鼠（2n=40）受精卵对此进行研究。

（1）正常情况下，小鼠形成精子与卵裂时，核DNA的复制分别发生在____________期，卵裂时核DNA通过____________，从而保证亲子代细胞间遗传物质的稳定性。

（2）科研人员利用荧光蛋白研究受精卵分裂过程中纺锤体的变化，得到如图8所示结果。

图8

①据图8可知，第一次分裂开始时，受精卵细胞内首先形成两个相对独立的纺锤体，两个纺锤体主轴间的夹角（锐角）逐渐__________，形成“双纺锤体”。

②来自______________的两组染色体在处于分裂____________时会排在同一平面。分裂后期，_________随着丝粒的分离而分开，染色体平分为两组，在纺锤丝的牵引下移向细胞两极。

（3）为研究多核形成原因，科研人员用药物N（可使双纺锤体相对位置关系异常）处理部分小鼠受精卵，观察受精卵第一次分裂，结果如图9所示。

图9

在药物N处理组中，发现两种典型细胞图像A和B，它们继续完成分裂后，形成的子细胞内细胞核和染色体数应分别为（选填下列字母）细胞A：____；细胞B：____。

a.一个子细胞单核，另一个子细胞双核

b.两个子细胞均单核

c.两个子细胞均双核

d.单核子细胞的染色体数为40条

e.双核子细胞的每个核内染色体数为20条

f.双核子细胞的每个核内染色体数为40条

g.单核子细胞的核DNA有40个

h.双核子细胞的每个核内核DNA为10个

（4）综合上述结果，可推测受精卵第一次卵裂时，若______________________________，则会形成多核细胞。

【答案】（1）减数第一次分裂前的间期、有丝分裂间 复制并均分到子细胞中 （2）①减小至零 ②双亲（或“精子和卵细胞”或“父本或母本”）中期 姐妹染色单体 （3）a、d、e、g c、e

（4）来自双亲的纺锤体不能正常形成“双纺锤体”，受精卵的染色体可能会被拉至多个方向

【试题分析】本题结合图文信息考查细胞分裂过程中核DNA的数量变化分析、受精卵遗传物质的来源和分裂异常现象。借助信息资料培养学生获取、提炼信息的能力，用生物学事实和证据运用归纳与概括、创造性思维阐释生命现象、审视细胞的生命历程，通过分析细胞形成多核的原因发展逻辑推理思维能力。例5以科研成果为情境，以新的角度考查细胞遗传信息通过配子并平均传递给子代的机制，引导学生运用创造性思维解释亲代、子代遗传信息发生变异的原因，注重对学生语言表达能力、创造性思维的培养。由图8可以看出，来自精子和卵细胞的两组染色体在处于分裂开始时，形成两个相对独立的纺锤体，两个纺锤体主轴间的夹角逐渐减小至零，形成“双纺锤体”，最终使两组染色体移动至细胞两极，最后核膜将雌、雄原核融合成新核。如果无法形成“双纺锤体”，来自精子或卵细胞的染色体可能会被拉至多个方向，在子细胞中出现多个细胞核。药物N处理后的细胞形成多个细胞核，其中A细胞具有3个核，在含有单核的子细胞中，染色体来自精子和卵细胞，数量为40条，核DNA数为 40个；双核的子细胞中每个核的染色体来源于精子或卵细胞，染色体数为20条，核DNA数为 20个。B细胞将形成4个核，每个子细胞将含2个核，双核子细胞的每个核内染色体数为20条，核DNA数为 20个。

教师在复习课中编制典型例题时，例题所考查知识点或设问应指向单元内容的主干知识，并涵盖常考题型。必要时要对试题加以改编，使知识涵盖范围更广，呈现的答题方法更全，使试题更具代表性。讲评习题并不是简单完成试题的作答，教师在此过程中更应注重引导学生关注怎样解读例题的信息，补全知识网络，培养学生学会运用观察、实验、查阅资料等多种手段获取信息，运用比较、分类、归纳、概括等方法对信息进行加工的能力，启发学生掌握应对不同类型考题的答题技巧和方法，针对性地发展学生对应的学科核心素养。教师在教学中要创设新颖的问题情境，设计有效激发学生思维的问题，倡导深度训练科学思维的教学环节，关注如何全面考查并发展学生的能力，使学生的知识学习与思维能力同步发展，从而在习得生物学知识的同时形成学科核心素养。