王揚(yáng)飛

（廈門市松柏中學(xué)，福建 廈門 361000）

《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017 年版2020 年修訂）》強(qiáng)調(diào)引導(dǎo)學(xué)生主動參與學(xué)習(xí)，正確認(rèn)識事物、解決實際問題，習(xí)得生物學(xué)知識的同時發(fā)展生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。［1］有關(guān)“減數(shù)分裂”知識是學(xué)生學(xué)習(xí)高中遺傳學(xué)的基礎(chǔ)。在新課學(xué)習(xí)中，學(xué)生往往局限于對減數(shù)分裂過程中染色體的靜態(tài)圖像分析，無法將減數(shù)分裂與抽象的基因變化相聯(lián)系。為了解決這個問題，筆者嘗試在“減數(shù)分裂”復(fù)習(xí)教學(xué)時，引導(dǎo)學(xué)生圍繞具有一定挑戰(zhàn)性的學(xué)習(xí)主題，主動參與建構(gòu)概念模型、物理模型及數(shù)學(xué)模型等活動［2］，促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)，內(nèi)化和理解生物學(xué)知識，學(xué)會運(yùn)用模型與建模這一生物科學(xué)思維方法［3］，提升生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

一、建構(gòu)概念模型，在“聯(lián)想與結(jié)構(gòu)”中梳理概念聯(lián)系

“聯(lián)想與結(jié)構(gòu)”是深度學(xué)習(xí)的重要特征?！奥?lián)想”是指學(xué)生學(xué)習(xí)過程要密切聯(lián)系已有知識與經(jīng)驗，達(dá)到“溫故知新”和“融會貫通”。通過“聯(lián)想”，抓住“本質(zhì)”，把平時積累的“知識點”連接成“知識網(wǎng)”結(jié)構(gòu)。這樣，學(xué)生在以后的學(xué)習(xí)生活中只要碰到一個“點”，就能“一觸即發(fā)”，輕松解決實際問題?！爸R網(wǎng)”一般是圍繞某一重要概念構(gòu)建的概念模型，有助于學(xué)生梳理、整合知識，提高歸納能力，發(fā)展科學(xué)思維。

復(fù)習(xí)“減數(shù)分裂”時，引導(dǎo)學(xué)生回憶高中階段所學(xué)的與重要概念“減數(shù)分裂”相關(guān)的生物學(xué)概念，如染色體、基因、同源染色體、非同源染色體、染色體、有絲分裂、受精作用等，分析“基因和染色體”的關(guān)系，歸納減數(shù)分裂過程中“同源染色體分離，其上的等位基因隨之分離；非同源染色體自由組合，其上的非等位基因也自由組合”等本質(zhì)特點，建構(gòu)減數(shù)分裂概念模型（圖1），促進(jìn)學(xué)生梳理、整合有關(guān)“減數(shù)分裂”概念，使其邏輯化、結(jié)構(gòu)化及系統(tǒng)化。

圖1 減數(shù)分裂概念模型

二、建構(gòu)物理模型，在“活動與體驗”中揭示概念本質(zhì)

“活動與體驗”是深度學(xué)習(xí)的核心特征，要求教師設(shè)計有效的學(xué)習(xí)活動，引導(dǎo)學(xué)生“身臨其境”，動手動腦、討論交流、合作互助，在發(fā)現(xiàn)及解決問題過程中，揭示問題的本質(zhì)，體驗與構(gòu)建知識。減數(shù)分裂復(fù)習(xí)教學(xué)時，以“發(fā)生基因重組的非等位基因是否一定位于非同源染色體上”為探究課題，組織學(xué)生開展物理模型建構(gòu)活動，促進(jìn)學(xué)生體驗與理解重要概念“基因重組”的本質(zhì)。

（一）建構(gòu)非同源染色體自由組合模型

A 與a、B 與b 這兩對等位基因分別位于某動物（2N=4）精原細(xì)胞的兩對同源染色體上，指導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)非同源染色體自由組合模型（圖2），要求不考慮交叉互換等其他變異，并在模型的染色體上標(biāo)注等位基因。再組織學(xué)生觀察、分析各自建構(gòu)的模型，學(xué)生發(fā)現(xiàn)減數(shù)第一次分裂后期出現(xiàn)兩種不同的染色體分配，即兩種不同的基因組合AB 和ab 或者Ab 和aB。由此，得出結(jié)論1：非同源染色體上的非等位基因可以自由組合。

圖2 非同源染色體自由組合模型

（二）建構(gòu)同源染色體非姐妹染色單體交叉互換模型

指導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)一對同源染色體非姐妹染色單體交叉互換模型（圖3），要求用不同顏色標(biāo)示所建構(gòu)的兩個染色單體，并在這對同源染色體上標(biāo)注兩對等位基因A 和a、B 和b，分析每個染色單體的基因組合。通過建模、觀察及分析，學(xué)生發(fā)現(xiàn)原先每個染色單體上的基因組合只有AB 和ab 兩種。同源染色體非姐妹染色單體交叉互換后，每個染色單體的基因組合有AB、Ab、aB 和ab 等四種類型，增加了Ab 和aB 兩種類型。得出結(jié)論2：通過同源染色體非姐妹染色單體交叉互換，同源染色體上的非等位基因也會發(fā)生重組。

圖3 同源染色體非姐妹染色單體交叉互換模型

通過物理模型建構(gòu)活動，引導(dǎo)學(xué)生主動參與科學(xué)探究，在合作交流、思維碰撞過程中，親歷知識的發(fā)現(xiàn)與形成過程，促進(jìn)學(xué)生深刻理解“有性生殖過程中，由于基因的分離和重組，使得雙親后代的基因組合有多種可能”這一遺傳多樣性本質(zhì)［4］，并要求學(xué)生補(bǔ)充、修正“減數(shù)分裂概念模型”，以體現(xiàn)對遺傳多樣性的正確認(rèn)識。

三、建構(gòu)數(shù)學(xué)模型，在“遷移與應(yīng)用”中揭示規(guī)律、解決問題

深度學(xué)習(xí)要求學(xué)習(xí)者能夠進(jìn)行知識遷移，將所學(xué)知識轉(zhuǎn)化成能力，解決新的情境中有關(guān)問題或作出相應(yīng)決策。［5］“遷移與應(yīng)用”是檢驗深度學(xué)習(xí)是否發(fā)生的最佳途徑與方式。數(shù)學(xué)模型是以數(shù)學(xué)形式描述一個系統(tǒng)的本質(zhì)［6］，是幫助學(xué)生遷移與應(yīng)用知識的重要載體。如果學(xué)生能將減數(shù)分裂過程染色體及DNA 數(shù)量變化以數(shù)學(xué)模型表示，則可以很好地揭示染色體的行為變化規(guī)律，以便解決復(fù)雜問題。

指導(dǎo)學(xué)生以直角坐標(biāo)系建構(gòu)某動物（2N=20）細(xì)胞有絲分裂、減數(shù)分裂及其受精卵有絲分裂過程中染色體和核DNA 的數(shù)學(xué)模型（圖4）。要求學(xué)生：1.認(rèn)識“有絲分裂的起點和終點數(shù)值不變（都是2N）；無論是染色體還是核DNA，減數(shù)分裂結(jié)束后終點（N）對應(yīng)數(shù)值都是起點（2N）的一半，即“減數(shù)”。2.認(rèn)識核DNA 分子數(shù)目的加倍和減半規(guī)律。染色體的DNA 分子數(shù)目加倍發(fā)生在有絲分裂和減數(shù)第一次分裂前的間期，數(shù)目減半發(fā)生在細(xì)胞完成每次分裂后，所以減數(shù)分裂過程DNA 分子數(shù)量“一加倍兩減半（細(xì)胞連續(xù)分裂兩次）”。有絲分裂則是“一加倍一減半（細(xì)胞分裂一次）”。3.認(rèn)識染色體數(shù)目的加倍和減半規(guī)律。染色體數(shù)目的加倍發(fā)生在細(xì)胞分裂后期著絲點的分裂，減半發(fā)生在細(xì)胞完成每次分裂后。學(xué)生小組討論、分析，發(fā)現(xiàn)減數(shù)分裂時，染色體的數(shù)量有“減半-恢復(fù)-減半”的變化規(guī)律，有絲分裂則是“加倍后減半”的規(guī)律，并以此解決“為什么減數(shù)分裂和受精作用保證每個物種前后代體細(xì)胞染色體數(shù)目恒定”的問題。此外，指導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)一條染色體在有絲分裂和減數(shù)分裂過程中，DNA 分子數(shù)量變化數(shù)學(xué)模型（圖5）。通過模型建構(gòu)及討論分析，學(xué)生發(fā)現(xiàn)：無論是減數(shù)分裂還是有絲分裂，每條染色體行為變化規(guī)律皆是一條染色體（含1個DNA 分子）經(jīng)過復(fù)制形成兩個姐妹染色單體（含兩個DNA 分子），隨著絲點分裂分開形成兩個子染色體（含1 個DNA 分子）。

圖4 染色體和核DNA 分子數(shù)量變化模型

圖5 染色體的DNA 數(shù)量變化模型

在一個直角坐標(biāo)系中同時構(gòu)建減數(shù)分裂與有絲分裂的染色體及DNA 數(shù)量變化數(shù)學(xué)模型，幫助學(xué)生認(rèn)識減數(shù)分裂、有絲分裂與受精作用的本質(zhì)；“減數(shù)分裂過程中，基因隨染色體的行為數(shù)目變化而變化”規(guī)律；以及“生物遺傳具有連續(xù)性”這一生命現(xiàn)象及其規(guī)律，形成“基因在染色體上”的生命物質(zhì)觀，提高分析與綜合、歸納與概括等科學(xué)思維能力。

四、“減數(shù)分裂”復(fù)習(xí)教學(xué)反思

“減數(shù)分裂”復(fù)習(xí)教學(xué)遵循“核心素養(yǎng)為宗旨”這一高中生物學(xué)課程基本理念，圍繞探究“減數(shù)分裂過程中染色體與基因的變化”這一學(xué)習(xí)主題，設(shè)計與實施模型建構(gòu)活動，引導(dǎo)學(xué)生親歷“非同源染色體自由組合模型”及“同源染色體非姐妹染色單體交叉互換模型”等物理模型建構(gòu)過程，結(jié)合“減數(shù)分裂”概念模型，以“基因在染色體上”為基礎(chǔ)，發(fā)現(xiàn)、解決日常學(xué)習(xí)中存在的不足及問題，復(fù)習(xí)鞏固有關(guān)“基因重組的實質(zhì)”知識。通過建構(gòu)數(shù)學(xué)模型，指導(dǎo)學(xué)生分析“減數(shù)分裂”“受精作用”及“有絲分裂”時DNA 分子數(shù)目與染色體數(shù)目的變化，幫助學(xué)生深刻理解“減數(shù)分裂”在遺傳變異中的重要意義，初步建立穩(wěn)態(tài)與平衡觀、進(jìn)化與適應(yīng)觀。

總之，為了有效開展深度學(xué)習(xí)，教師應(yīng)基于生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)培育的視角，合理設(shè)計建?；顒印Ｍ瑫r，營造一個民主、和諧的課堂教學(xué)氣氛，理解、尊重學(xué)生，促進(jìn)學(xué)生主動參與建模探究活動，勇于說出自己的觀點與想法，在建構(gòu)、分析、評價與修正模型的過程，梳理生物學(xué)概念之間的內(nèi)在聯(lián)系，揭示概念本質(zhì)及生命規(guī)律，解決與生物學(xué)密切相關(guān)的、真實的問題，復(fù)習(xí)、鞏固及遷移應(yīng)用生物學(xué)知識，提高科學(xué)思維能力及科學(xué)探究能力，發(fā)展生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。