吳文清

摘要 在人類的遺傳專題復習教學中，建構(gòu)有性生殖過程中染色體和相關(guān)基因傳遞的概念模型，可以較好地實現(xiàn)初中學生對遺傳及相關(guān)知識的概念化和體系化，深入理解生物遺傳模塊中的重要概念，發(fā)展理性思維能力。

關(guān)鍵詞 有性生殖 概念模型 染色體 基因

中圖分類號 G633.91 文獻標志碼 B

概念模型是科學模型中思維模型的一種形式，是學生在教師的引導下，利用已有的知識背景，自主建構(gòu)知識體系的過程，常用于生物學核心概念的學習。模型建構(gòu)是人們按照特定的科學研究目的，在一定的假設(shè)條件下，通過研究模型來揭示原型的形態(tài)、特征和本質(zhì)的方法，是以簡化和直觀的形式來顯示復雜事物或過程的手段。模型建構(gòu)作為一種認識手段和思維方式，在生物學教學中有著廣泛的應用。

生物遺傳是建立在生物生殖發(fā)育基礎(chǔ)上的遺傳信息的傳遞和表達過程。學生通過初中生物遺傳模塊學習后，可以初步運用基因在親子代之間的傳遞過程來解釋遺傳現(xiàn)象，但由于對生殖與遺傳的關(guān)系以及遺傳的本質(zhì)理解不到位，無法將遺傳知識概念化和體系化，導致無法熟練應用概念，例如無法對遺傳基礎(chǔ)上發(fā)生的生物變異現(xiàn)象作出準確的分析和解釋。因此，教師需要給學生提供必要的認識手段來內(nèi)化遺傳模塊的有關(guān)概念。以人類的遺傳專題復習為例，教師可以對教材內(nèi)容進行重組，首先使學生理清有性生殖的基本過程和實質(zhì)，接著以有性生殖過程中遺傳信息如何傳遞為思維線索，促使學生建構(gòu)概念模型，促進學生對重要概念的理解和應用。

1回顧遺傳信息的載體——染色體的特點

教師展示人類女性體細胞內(nèi)的染色體圖譜，通過“數(shù)一數(shù)”活動，明確人類體細胞中染色體的特點：共有46條，形態(tài)兩兩相同。

教師：不同生物的染色體上攜帶著特定的遺傳信息，從染色體角度來看每種生物體細胞中染色體的形態(tài)和數(shù)目保持恒定。例如果蠅體細胞中有4對染色體；蝗蟲體細胞內(nèi)有12對染色體；豌豆體細胞內(nèi)7對染色體；玉米體細胞內(nèi)有10對染色體。細胞分裂過程如何保證了細胞前后代遺傳信息的穩(wěn)定？

教師展示動植物細胞分裂的過程，總結(jié)細胞分裂的基本過程：細胞核先一分為二，接著細胞質(zhì)也一分為二，最后一個細胞分裂成兩個子細胞。

教師引導學生分析：因為每對染色體上都含有該種生物特定的遺傳信息，為保證這些遺傳信息能準確無誤地傳遞給子代細胞，在細胞分裂過程中細胞核中的染色體會先進行復制，形成形態(tài)和數(shù)量完全相同的兩份染色體；然后兩份染色體分別進入到新形成的細胞核中；最終每個新形成的子細胞其染色體的形態(tài)和數(shù)量都和母細胞完全相同，遺傳信息就實現(xiàn)了穩(wěn)定傳遞。

2依據(jù)有性生殖的過程，建構(gòu)染色體傳遞概念模型

教師引導學生回顧人的生殖過程，與無性生殖進行比較，明確有性生殖的特征：生物體雌、雄個體分別產(chǎn)生卵細胞和精子；在生殖活動中，精子和卵細胞通過受精作用（細胞核融合）形成受精卵；受精卵經(jīng)過發(fā)育形成子代個體。

教師提出問題：有性生殖過程中如何保證生物親子代遺傳信息的穩(wěn)定？假設(shè)經(jīng)細胞分裂形成的精子或卵細胞的染色體也是23對，精子與卵細胞結(jié)合成的受精卵中染色體的數(shù)目是多少？若為46對染色體呢？

教師：科學家發(fā)現(xiàn)，進行有性生殖的生物，其生殖細胞中的染色體數(shù)目為體細胞的一半，保證了父本產(chǎn)生的精子與母本產(chǎn)生的卵細胞隨機融合形成的受精卵，其細胞核中的染色體一半來自父本，一半來自母本。據(jù)此，請構(gòu)建有性生殖染色體傳遞概念模型（圖1）。

教師引導學生分析：從染色體的形態(tài)和數(shù)量兩方面分析，生殖細胞中的染色體形態(tài)各不相同，彼此不能成對，受精卵細胞中的染色體兩兩成對。受精卵是有性生殖生物個體發(fā)育的起點，染色體攜帶父母的遺傳信息通過受精卵結(jié)合在一起，共同對子代的遺傳性狀起作用。

3建構(gòu)有性生殖基因傳遞概念模型，分析人類基因在親子代之間的傳遞

教師：遺傳信息在生物的生長發(fā)育過程中會起調(diào)控作用，使得生物體的后代表現(xiàn)出和親代個體相同或相似的形態(tài)結(jié)構(gòu)和生理特征，這些特征被稱為生物的遺傳性狀。

教師展示資料1：遺傳學家通過研究，揭示了控制生物遺傳性狀的基本單位是基因，它們存在于細胞里的DNA分子上。DNA分子含有許多有遺傳功能的片段，其中不同的片段含有不同的遺傳信息，分別控制不同的性狀，這些片段就是基因。細胞核中的DNA分子和它們所攜帶的基因大多規(guī)律地集中在染色體上。每條染色體含有上千個基因。

教師要求學生根據(jù)資料1，填寫染色體、DNA和基因三者的關(guān)系圖（圖2）。

教師展示資料2：遺傳學家進一步研究發(fā)現(xiàn)：控制生物性狀的基因有顯性和隱性之分，在生物的生殖細胞中，基因是單個獨立存在的；而在生物的受精卵和其他細胞中，基因則是成對存在的。成對的基因共同控制著生物體的某一遺傳性狀。用熒光染色技術(shù)可準確地確定基因在特定染色體上的位置（圖3中藍色棒狀結(jié)構(gòu)為染色體，不同顏色的發(fā)光點為基因）。

教師要求學生完成關(guān)于基因與染色體關(guān)系的概念圖4，并完成技能訓練技能訓練1：Ⅰ號和Ⅱ號染色體為人類體細胞中成對的染色體，那么這對染色體的來源有什么不同？1條來自于父本，1條來自于母本；從父方和母方的體細胞內(nèi)選取一對染色體，在每對染色體上分別用A或a表示成對的基因，構(gòu)建有性生殖基因傳遞概念模型（圖5）。

教師：根據(jù)孟德爾遺傳定律，基因組成為AA和aa的親本分別表現(xiàn)出相對性狀中的顯性性狀和隱性性狀。基因組成為Aa的子代個體表現(xiàn)為顯性基因所控制的性狀。在一個龍鳳雙胞胎家庭中父母和雙胞胎哥哥都是雙眼皮，妹妹是單眼皮，請嘗試分析為什么妹妹是單眼皮？請利用基因傳遞概念模型進行分析并在小組內(nèi)展示。

4建構(gòu)有性生殖性染色體傳遞概念模型，分析人類性別決定的過程和特點

學生：比較男性和女性染色體圖譜，回憶1～22號染色體男女彼此相同，被稱為常染色體，第23號的兩條染色體男女不同，與性別形成有關(guān)，被稱為性染色體。女性的性染色體可表示為XX，男性的性染色體表示為XY。

教師要求學生完成表1。遺傳病，患者不能分辨紅色和綠色。根據(jù)統(tǒng)計，男性群體紅綠色盲癥的發(fā)病率約為6.8%，女性群體發(fā)病率約為0.5%。該遺傳病是由紅綠色盲基因控制的遺傳病。人類控制色覺的基因位于X染色體上，Y染色體過于短小，缺失與X染色體同源的片段，所以沒有控制色覺的基因分布。

教師要求學生完成表2。

教師提出問題：一對色覺正常的夫婦生了一個患有紅綠色盲癥的兒子，這對夫婦的色覺基因組成分別是怎樣的？（X^AY，X^AX^a）。這對夫婦再生一個孩子，生出患有紅綠色盲癥孩子的概率是多少？構(gòu)建該情境下的有性生殖色覺基因傳遞概念模型（圖7）。

首先教師利用擲硬幣活動，讓學生了解什么是概率事件。再讓學生回顧模擬探究人類性別決定活動，指出小袋內(nèi)放數(shù)量相等的兩種顏色小球、每次只從小袋內(nèi)隨機摸出一個小球等操作都體現(xiàn)了人類性別決定是概率性事件。最后，教師引導學生嘗試解釋人類群體中性別比例接近1：1的原因：在自然人群中，男性產(chǎn)生x精子和Y精子的數(shù)量比接近1：1，兩種精子與卵細胞結(jié)合的機會是均等的，即形成XX和XY兩種合子的機會接近1：1，又由于兩種合子發(fā)育成新個體的機會是均等的。這三個均等的概率事件共同決定了在無人為干預下，人類的性別比例接近于1：1。

5建構(gòu)有性生殖色覺基因傳遞概念模型，分析人類紅綠色盲癥遺傳特點

教師展示資料3：紅綠色盲癥是一種常見的人類

教師引導學生分析：由于父親的x染色體具有色覺正?；颍?jīng)婚配后將該基因傳給女兒，所以該家庭女性后代色覺都是正常的；而母親是色盲基因攜帶者，其產(chǎn)生的卵細胞一半含有色盲基因，經(jīng)婚配后所生的男孩有50%的可能性是色盲患者。綜合男孩、女孩的患病概率，這對夫婦生出患有紅綠色盲癥孩子的概率是25%。此外，如果這個家庭中的色盲癥患者再婚配，其色盲基因會傳給兒子，從而進一步總結(jié)紅綠色盲癥的遺傳方式——隔代交叉遺傳。

本次概念模型建構(gòu)的創(chuàng)新教學重在通過展現(xiàn)生物的生殖與遺傳之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)，促進學生理解遺傳是以染色體和基因為載體的信息傳遞過程，達成對“生物能以不同的方式將遺傳信息傳遞給后代；一些進行有性生殖，后代的遺傳信息可來自不同的親本”這一重要概念的深刻理解。在分析具體案例中，學生的科學思維能力也得到了相應的提高。