“减数分裂”探究式教学分析与设计，本文主要内容关键词为：减数论文,式教学论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
“减数分裂”在整个高中生物学课程中占据重要地位，具有承前启后的作用：它既是进行有性生殖的生物在产生配子时所进行的一种特殊的有丝分裂，又是遗传和变异发生的细胞学基础(见表1、表2所示)。因此，新授课教学既要以有丝分裂为新知识的“生长点”，揭示减数分裂的特殊性，又要瞄准第六章，为遗传和变异的教学奠定坚实的基础。传统教学通常先讲授减数分裂的过程，再与有丝分裂进行比较。这样，虽然配有直观的动画图像，但由于缺乏主动探究，容易导致学生被动观察、死记硬背、表层理解，甚至使部分学生陷入混沌之中。本文提出了引入探究性学习理念，对“减数分裂”这一教学难题重新设计，在教学中收到了良好的效果。
1由果推因、感知整体
提出科学事实：1883年，比利时学者比耐登(E.van Beneden)在研究马蛔虫受精作用时观察到，精子和卵细胞中含有数目相同的染色体，这些染色体通过受精作用传给子代。
作出假设：生殖细胞中的染色体数目是体细胞中的一半。构思假设的思维过程是：假若生殖细胞中的染色体数目不是体细胞中的一半，那么生物每繁殖一代，体细胞中的染色体数目就会增加一倍。
收集证据：从19世纪到20世纪初，许多科学家相继观察到，无论动物还是植物的生殖细胞，在形成过程中染色体数目都要减少一半。
顺势呈现1个精原细胞(含有2对同源染色体)最终产生4个精细胞(每个精细胞含2条染色体)的直观图，引导学生推算：染色体是否需要复制？复制几次？细胞分裂几次？然后，演示精子的形成动画过程，以肯定学生的推算并使之初步感知减数分裂的整个过程——染色体复制1次，细胞连续分裂2次。
2层层推进、明理归因
探究1：染色体何时复制？染色体数目何时减半？怎样减半？
演示精原细胞变成初级精母细胞的动画过程，让学生通过观察说出初级精母细胞不同于精原细胞的特点：体积变大；染色质进行了复制。
假设1：假若复制后的染色体着丝点都排列在赤道板上(如图1所示)，那么，着丝点分裂，染色单体分开后，形成的子细胞中的染色体数目能否减半？(如图1所示)
图1 复制后着丝点分裂图
假设2：假若复制后的染色体两两配对后，规则地排列在赤道板的两侧，那么，染色体如何变化可使子细胞中的染色体数目减少一半？(如图2所示)
图2 染色体联会图
设计假设1，旨在促使学生运用已习得的有丝分裂知识解释、推断新情景中的问题，使之产生心理困惑，达到欲求不能，欲罢不忍的境地。假设2则让学生充分想象，茅塞顿开，从而领悟子细胞中染色体数目减半的机制，并在与有丝分裂的对比中深刻认识减数第一次分裂染色体行为变化的特殊性。
探究2：染色体怎样变化，才能两两配对并规则地排列在赤道板的两侧？
图3 染色体联会行为变化图
让学生仔细观察图3中配对的两条染色体的大小形态、来源(不同颜色显示)行为变化等特点，建立同源染色体、联会、四分体等概念。为了深化这3个重要概念，良好的教学策略是师生相互质疑。首先，学生质疑：为什么在初级精母细胞中的每对同源染色体总是一条来自父方，一条来自母方？教师可溯本求源、释疑解惑：初级精母细胞→精原细胞→受精卵→精子(父方)+卵细胞(母方)。然后，教师质疑：
(1)若图a所示细胞进行有丝分裂，可形成多少个四分体？人的初级精母细胞中可形成多少个四分体？
(2)从染色体的行为变化分析，你认为次级精母细胞中染色体数目减半的直接原因是什么？根本原因是什么？
问题(1)旨在让学生明确四分体的形成有2个重要前提：染色体复制和同源染色体联会，即：复制→联会→四分体。问题(2)则重在让学生领会同源染色体的行为变化与染色体数目减半之间的关系：同源染色体分离是导致染色体数目减半的直接原因，而同源染色体要实现有规律地分离，必须先通过联会，形成四分体，进而四分体规则地排列在赤道板的两侧。即前期的“联会”是为了后期的“分离”。因此，同源染色体的联会是导致子细胞染色体数目减半的根本原因。事实上，有无“联会”也是有丝分裂与减数分裂这两种分裂方式最根本的区别。有丝分裂时，同源染色体单独行为，没有联会。每一染色体经过复制，着丝点分裂后，两染色单体分开，分别分配到2个子细胞中，结果每个子细胞得到和亲代细胞同样的一组染色体，即使连续2次有丝分裂，结果还是如此。减数分裂有“联会”，即每一条染色体复制成2个染色单体在第一次分裂中不分开，而是2个同源染色体(各含2个紧密靠拢地染色单体)分别走向2个子细胞，结果2个细胞各只含有每对同源染色体中的一个染色体。
探究3：次级精母细胞中的染色体怎样变化，使产生的每个精细胞中的染色体数目与之相同？(如图4所示)
这是一个相对容易的问题，学生根据已掌握的有丝分裂的知识能够很快作出回答。至此，教师应设置问题将学生思维引向深入。
图4 次级精母细胞中染色体行为变化图
(1)纵观整个减数分裂过程，你认为精细胞中染色体数目减半发生在第一次分裂还是第二次分裂？
(2)从染色体的行为来看，减数第二次分裂很像一次有丝分裂，但并非完全相同。请指出其不同点。
探究4：卵细胞的形成与精子的形成有何不同？
为培养学生的对比观察能力，可让他们观察教材插图或演示卵细胞形成的动画过程，并思考以下两个问题，以促进学生对卵细胞形成过程的深层理解。
(1)为什么1个卵原细胞只产生一个卵细胞？
(2)初级卵母细胞和次级卵母细胞的不均等分裂有何生物学意义？
归纳：经过一系列探究活动，师生应及时对探究成果进行归纳与整合，建立减数分裂的概念，形成清晰的知识结构并掌握染色体数目及DNA含量变化规律。
3模型建构、链接变异
高等植物和动物一般都是从受精卵发育而来的，受精卵含有父本和母本的2组染色体，每一对染色体中一个来自父本，一个来自母本。减数分裂第一次分裂后期，每对同源染色体中的2个染色体都是随机地分配到2个子细胞中去的，因而减数分裂产生的配子的染色体组成具有多样性。由于基因在染色体上，因此配子的基因组合也具有多样性。如果一个生物体内有n对同源染色体，则其产生的精子和卵细胞均有2[n]种。这还没有考虑四分体时期同源染色体之间的交换，如果考虑四分体的非姐妹染色单体之间的交换，那么配子中的染色体(基因)组合的种类将会更多。因此，减数分裂能够极大地丰富配子中的染色体(基因)组合，导致配子变异类型多，进而通过受精作用引起后代具有更大的变异性(见图5)，这就为自然选择提供了丰富的材料，有利于生物的进化。
图5 减数分裂中染色体变化与后代变异性的关系
组织该部分内容教学时，教师应引导学生通过模型建构，揭示减数分裂中染色体的行为变化与配子中染色体组成多样性之间的关系。
事实：子女与父母之间，或者兄弟姐妹之间性状会有明显地差异。
问题：父亲体内的精原细胞染色体组成并无差别，同样，母亲体内的卵原细胞染色体组成也无差别，同样的精(卵)原细胞会产生不同的配子吗？
探究：模型建构
(1)模拟非同源染色体的自由组合 将全班学生分为两大组，第一组将两对染色体横向排列在赤道板处，红色橡皮泥制作的染色体放在赤道板一侧，黄色橡皮泥制作的染色体放在另一侧；第二组在赤道板的每一侧放两条不同颜色的染色体。两组同时模拟减数分裂的整个过程。将两组活动的结果一并考虑，含两对同源染色体的初级精母细胞能产生几种配子？然后，两组交换模拟，即第一组在赤道板的每一侧放两条不同颜色的染色体，第二组在赤道板的每一侧放两条相同颜色的染色体。这样，每位学生都能体验到非同源染色体的自由组合与产生配子种类之间的关系，并能深刻地理解1个初级精母细胞只能产生2种精细胞；众多初级精母细胞才能产生4种精细胞。
进一步模拟探究：如果用3对染色体进行模拟，将产生多少种类型的配子？
(2)模拟同源染色体之间交叉互换 先演示四分体的非姐妹染色单体之间的互换，学生观察后进行模拟，并提醒学生思考：如果没有发生上述互换情况，1个含两对同源染色体的初级精母细胞能产生几种精细胞？互换后又能产生几种？这种同源染色体之间的互换对生物的遗传与变异有什么意义？
结论：模型建构完成后，应引导学生适时地进行归纳总结，以提升认识成果(见图5)，并解释所提出的问题，将获得的知识加以应用。