廣東 吳浩欽

《普通高中生物學課程標準（2017年版）》（以下簡稱《課程標準》）中指出科學思維是運用科學的思維方法認識事物、解決實際問題的思維習慣和能力。生物學的科學思維是基于生物學事實和證據(jù)，運用歸納與概括、批判性思維、創(chuàng)造性思維等方法，探討、闡釋生命現(xiàn)象及規(guī)律，也是有效解決問題的關鍵能力。《課程標準》對細胞有絲分裂和減數(shù)分裂內(nèi)容的具體要求是“描述細胞通過不同的方式進行分裂，其中有絲分裂保證了遺傳信息在親代和子代細胞中的一致性”“闡明減數(shù)分裂產(chǎn)生染色體數(shù)量減半的精細胞或卵細胞”，這是高中生物課程的難點。在比較有絲分裂與減數(shù)分裂的過程中，學生需要建立較好的空間想象能力、掌握比較與分析圖像、曲線和圖表并相互轉(zhuǎn)換的能力，才能有效地解釋相關生命現(xiàn)象、解答各類型試題。筆者在帶領學生復習時發(fā)現(xiàn)，分析和比較細胞增殖過程中相關物質(zhì)的變化與聯(lián)系是培養(yǎng)學生科學思維的良好素材，通過提煉?？嫉念}型，如文字敘述、圖像識別、曲線圖像匹配等，將設計制作模型、辨析圖像、轉(zhuǎn)換圖表、材料分析等常見例題融入復習課中，以發(fā)展學生科學思維為目的，引導學生對細胞增殖的過程進行比較和歸納，掌握知識與答題技巧，訓練并提升學生的科學思維能力。

一、制作模型，重視觀察和概括能力

【例1】根據(jù)教材圖示的染色體簡圖，學生用黏土制作染色體模型，分析不同細胞增殖方式中相關物質(zhì)的變化，填寫下表中不同時期細胞內(nèi)染色體、染色單體、染色體組和核DNA的數(shù)目。

【設計意圖】制作模型，能夠促進學生運用觀察和分析、歸納與概括等科學思維方法認識生命現(xiàn)象和原理。筆者讓學生用不同顏色的超輕黏土制作染色體模型，分析不同增殖過程中染色體的行為變化，學生通過擺好染色體的位置，描述整個分裂過程，并做好相應數(shù)據(jù)的記錄，這有助于學生直觀理解有絲分裂與減數(shù)分裂整個過程的物質(zhì)變化。學生還可以用模型直接演示交叉互換、自由組合的過程，分析分裂過程中出現(xiàn)的變異情況，如同源染色體不分離、姐妹染色單體不分離等現(xiàn)象（如圖1）。制作染色體模型可以改變枯燥無味的講練復習課模式，提高學生的參與度。在復習課中還應關注“姐妹染色單體”“同源染色體”等核心概念的教學，運用該模型與建模的研究方法，幫助學生運用結構與功能觀解釋有絲分裂過程中遺傳信息在親、子代細胞間的一致性，極大程度地提升學生對細胞增殖過程的認識和歸納，也有助于提升學生分析信息和轉(zhuǎn)化信息的能力，這也是學生深刻理解、靈活應用知識的能力基礎。

圖1 黏土制作的染色體模型與分裂過程中的染色體行為

二、辨析圖像，關注養(yǎng)成批判性思維

【例2】從某動物的性腺中分離不同的細胞，用簡圖描述細胞中的部分染色體行為（如圖2），下列分析正確的是（ ）

圖2

A.甲細胞處于減數(shù)第一次分裂前期，此時期細胞內(nèi)的染色體發(fā)生復制

B.乙細胞表示次級精母細胞，此時期細胞內(nèi)的染色體數(shù)與體細胞相同

C.丙細胞處于減數(shù)第一次分裂后期，圖示細胞內(nèi)的染色單體數(shù)是4條

D.丁細胞的子細胞屬于體細胞，子細胞可能繼續(xù)有絲分裂或減數(shù)分裂

【答案】D

【設計意圖】本題主要以圖形考查有絲分裂、減數(shù)分裂過程染色體行為的分析，以及判斷染色體、染色單體數(shù)量。通過辨析圖像，識別染色體的結構與行為，培養(yǎng)學生形成批判性思維和嚴謹?shù)目茖W態(tài)度。染色體在減數(shù)分裂中重要的行為變化有：同源染色體聯(lián)會與分離，非同源染色體自由組合。甲細胞沒有發(fā)生同源染色體聯(lián)會配對，根據(jù)染色體零散分布于細胞中，可推測該細胞處于有絲分裂前期，而染色體的復制發(fā)生在分裂間期；乙細胞雖然胞質(zhì)均等分裂，也可能表示極體的分裂；丙細胞的同源染色體發(fā)生分離，說明其處于減數(shù)第一次分裂后期，但圖示細胞內(nèi)的染色單體數(shù)為8條；丁細胞是有絲分裂后期的細胞，其子細胞屬于體細胞，在性腺內(nèi)，精原細胞或卵原細胞均可能進行有絲分裂或減數(shù)分裂。解讀試題時，教師可進一步引導學生認識染色體的形態(tài)，識別染色體、染色單體的數(shù)量。根據(jù)著絲粒在染色體上所處的位置，可將染色體分為中著絲粒染色體、亞中著絲粒染色體、端著絲粒染色體等類型（如圖3）。該試題的甲、丙細胞中存在端著絲粒染色體，故其染色單體數(shù)為8。

圖3 不同結構類型的染色體

三、轉(zhuǎn)換圖表，掌握信息轉(zhuǎn)換方法

【例3】雄果蠅（2n=8）精巢內(nèi)不同細胞進行分裂時某些物質(zhì)的數(shù)量變化如圖4，回答下列問題：

圖4

（1）圖中的①②③分別表示__________、__________、___________。

（2）初級精母細胞中的染色體發(fā)生____________________________，使配子具有多樣性，這些細胞符合圖4的細胞類型__________。

（3）細胞類型Ⅲ的物質(zhì)不同于細胞類型Ⅱ的原因是_______________，若Ⅰ表示處于分裂期的細胞，則細胞類型Ⅰ所對應的分裂方式和時期是________________________，細胞Ⅳ表示___________________細胞。

（4）精巢某些細胞內(nèi)的有關物質(zhì)能否出現(xiàn)細胞類型V的情況，理由是________________________________________________________________。

【答案】（1）染色體數(shù) 染色單體數(shù) 核DNA數(shù) （2）交叉互換和自由組合 Ⅱ （3）同源染色體彼此分離，分別進入次級精母細胞，使染色體數(shù)目減半 減數(shù)第二次分裂后期 精 （4）能，處于有絲分裂后期和末期的精原細胞，一個細胞內(nèi)的染色體數(shù)為16，核DNA數(shù)為16個，此時期不含染色單體

【試題分析】例3以抽象的數(shù)據(jù)信息考查學生對有絲分裂和減數(shù)分裂過程中染色體、染色單體、核DNA數(shù)量變化的掌握情況，此類題型學生最容易混亂，具備抽象與概括、信息轉(zhuǎn)換的科學思維能力是解題的關鍵，答題時宜將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為熟悉的圖形信息進行分析。例3用柱狀圖信息，引導學生將掌握的信息進行加工和轉(zhuǎn)換、將抽象的信息具體化、復雜的信息簡單化，訓練學生掌握信息轉(zhuǎn)化的技巧，提升學生概括和歸納的科學思維能力。細胞類型Ⅰ～V中，②偶爾變?yōu)?，則表示染色單體數(shù)目，①與③的比例為1∶2或1∶1，又因每個染色體上含1個或2個DNA，所以①表示染色體數(shù)目，③表示核DNA數(shù)目。將上述細胞中的物質(zhì)轉(zhuǎn)化為學生們熟悉的染色體圖形信息如圖5：

圖5

初級精母細胞的每個染色體含有2個DNA，且染色體數(shù)目未減少，屬于細胞類型Ⅱ，其細胞內(nèi)的染色體發(fā)生交叉互換和自由組合使配子具有多樣性；細胞類型Ⅲ的染色體數(shù)是Ⅱ的一半，染色體形態(tài)未發(fā)生改變，原因是同源染色體彼此分離，分別進入次級精母細胞；在分裂期中，細胞類型Ⅰ的染色體的著絲點分裂，且染色體數(shù)目與體細胞數(shù)目相同，則代表減數(shù)第二次分裂后期的次級精母細胞；細胞Ⅳ只含4條染色體，且每條染色體只含1個DNA，則表示精細胞或精子；精巢內(nèi)的精原細胞既能進行有絲分裂又能進行減數(shù)分裂，細胞類型V的染色體數(shù)為16，則表示有絲分裂后期或末期的細胞。

四、解讀曲線，提升歸納和綜合思維能力

【例4】某二倍體生物細胞分裂過程中有關物質(zhì)數(shù)量變化如圖6所示，下列分析錯誤的是（ ）

圖6

A.圖甲和圖乙中AB時段物質(zhì)變化的原因相同，CD段的變化原因不同

B.圖丙細胞中出現(xiàn)A基因發(fā)生于圖乙中BC時段

C.圖丙和圖丁細胞分別對應于圖甲的BC、DE時段

D.圖乙HI后續(xù)的一段時間內(nèi)，細胞的分裂方式與圖丁相同

【答案】B

【設計意圖】例4主要結合曲線信息考查學生對細胞增殖過程中DNA含量變化的解讀，加強學生對細胞分裂圖像的認識，解讀曲線模型需要準確判斷不同時期細胞中染色體和DNA的行為變化，準確分析圖像并將其與曲線的時段進行匹配。通過解讀曲線，教師可引導學生將曲線與圖形或柱狀圖相匹配，提升信息的加工、分析與綜合，歸納圖像、曲線、圖表之間的聯(lián)系等關鍵能力，提升學生自主學習能力。圖甲和圖乙中AB時段物質(zhì)變化的原因都是DNA的復制，CD時段形成的原因則分別是著絲點分裂，姐妹染色單體分開和同源染色體分離；圖丙細胞中出現(xiàn)A基因的原因是基因突變而不是交叉互換，發(fā)生在圖乙中的AB時段；圖丙所示細胞中每個染色體有2個DNA，圖丁所示細胞中每個染色體只有1個DNA，分別對應圖甲的BC、DE時段；圖乙中GH時段表示受精作用，受精卵進行有絲分裂，方式與圖丁所示細胞分裂方式相同。講解例4時，教師不妨引導學生構建不同分裂過程中相關物質(zhì)的變化曲線圖，精準區(qū)分某種分裂方式、某個時期的核DNA的數(shù)量、染色體的數(shù)量，每個染色體上的DNA、染色單體、染色體組的數(shù)量，并訓練學生總結圖像與曲線或數(shù)據(jù)圖進行信息匹配與轉(zhuǎn)換的方法（如圖7）。

圖7 有絲分裂和減數(shù)分裂中染色體與DNA數(shù)目的變化曲線

五、獲取信息，發(fā)展創(chuàng)造性思維和推理能力

【例5】哺乳動物受精卵的前幾次分裂異?？赡軐е伦蛹毎霈F(xiàn)多核現(xiàn)象，進而引起胚胎發(fā)育異常。科研人員利用小鼠（2n=40）受精卵對此進行研究。

（1）正常情況下，小鼠形成精子與卵裂時，核DNA的復制分別發(fā)生在____________期，卵裂時核DNA通過____________，從而保證親子代細胞間遺傳物質(zhì)的穩(wěn)定性。

（2）科研人員利用熒光蛋白研究受精卵分裂過程中紡錘體的變化，得到如圖8所示結果。

圖8

①據(jù)圖8可知，第一次分裂開始時，受精卵細胞內(nèi)首先形成兩個相對獨立的紡錘體，兩個紡錘體主軸間的夾角（銳角）逐漸__________，形成“雙紡錘體”。

②來自______________的兩組染色體在處于分裂____________時會排在同一平面。分裂后期，_________隨著絲粒的分離而分開，染色體平分為兩組，在紡錘絲的牽引下移向細胞兩極。

（3）為研究多核形成原因，科研人員用藥物N（可使雙紡錘體相對位置關系異常）處理部分小鼠受精卵，觀察受精卵第一次分裂，結果如圖9所示。

圖9

在藥物N處理組中，發(fā)現(xiàn)兩種典型細胞圖像A和B，它們繼續(xù)完成分裂后，形成的子細胞內(nèi)細胞核和染色體數(shù)應分別為（選填下列字母）細胞A：____；細胞B：____。

a.一個子細胞單核，另一個子細胞雙核

b.兩個子細胞均單核

c.兩個子細胞均雙核

d.單核子細胞的染色體數(shù)為40條

e.雙核子細胞的每個核內(nèi)染色體數(shù)為20條

f.雙核子細胞的每個核內(nèi)染色體數(shù)為40條

g.單核子細胞的核DNA有40個

h.雙核子細胞的每個核內(nèi)核DNA為10個

（4）綜合上述結果，可推測受精卵第一次卵裂時，若______________________________，則會形成多核細胞。

【答案】（1）減數(shù)第一次分裂前的間期、有絲分裂間 復制并均分到子細胞中 （2）①減小至零 ②雙親（或“精子和卵細胞”或“父本或母本”）中期 姐妹染色單體 （3）a、d、e、g c、e

（4）來自雙親的紡錘體不能正常形成“雙紡錘體”，受精卵的染色體可能會被拉至多個方向

【試題分析】本題結合圖文信息考查細胞分裂過程中核DNA的數(shù)量變化分析、受精卵遺傳物質(zhì)的來源和分裂異常現(xiàn)象。借助信息資料培養(yǎng)學生獲取、提煉信息的能力，用生物學事實和證據(jù)運用歸納與概括、創(chuàng)造性思維闡釋生命現(xiàn)象、審視細胞的生命歷程，通過分析細胞形成多核的原因發(fā)展邏輯推理思維能力。例5以科研成果為情境，以新的角度考查細胞遺傳信息通過配子并平均傳遞給子代的機制，引導學生運用創(chuàng)造性思維解釋親代、子代遺傳信息發(fā)生變異的原因，注重對學生語言表達能力、創(chuàng)造性思維的培養(yǎng)。由圖8可以看出，來自精子和卵細胞的兩組染色體在處于分裂開始時，形成兩個相對獨立的紡錘體，兩個紡錘體主軸間的夾角逐漸減小至零，形成“雙紡錘體”，最終使兩組染色體移動至細胞兩極，最后核膜將雌、雄原核融合成新核。如果無法形成“雙紡錘體”，來自精子或卵細胞的染色體可能會被拉至多個方向，在子細胞中出現(xiàn)多個細胞核。藥物N處理后的細胞形成多個細胞核，其中A細胞具有3個核，在含有單核的子細胞中，染色體來自精子和卵細胞，數(shù)量為40條，核DNA數(shù)為 40個；雙核的子細胞中每個核的染色體來源于精子或卵細胞，染色體數(shù)為20條，核DNA數(shù)為 20個。B細胞將形成4個核，每個子細胞將含2個核，雙核子細胞的每個核內(nèi)染色體數(shù)為20條，核DNA數(shù)為 20個。

教師在復習課中編制典型例題時，例題所考查知識點或設問應指向單元內(nèi)容的主干知識，并涵蓋?？碱}型。必要時要對試題加以改編，使知識涵蓋范圍更廣，呈現(xiàn)的答題方法更全，使試題更具代表性。講評習題并不是簡單完成試題的作答，教師在此過程中更應注重引導學生關注怎樣解讀例題的信息，補全知識網(wǎng)絡，培養(yǎng)學生學會運用觀察、實驗、查閱資料等多種手段獲取信息，運用比較、分類、歸納、概括等方法對信息進行加工的能力，啟發(fā)學生掌握應對不同類型考題的答題技巧和方法，針對性地發(fā)展學生對應的學科核心素養(yǎng)。教師在教學中要創(chuàng)設新穎的問題情境，設計有效激發(fā)學生思維的問題，倡導深度訓練科學思維的教學環(huán)節(jié)，關注如何全面考查并發(fā)展學生的能力，使學生的知識學習與思維能力同步發(fā)展，從而在習得生物學知識的同時形成學科核心素養(yǎng)。