曹琰娣 李韶山

(華南師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院 廣州 510631)

“減數(shù)分裂”是人教版高中生物學(xué)教材必修2《遺傳與進(jìn)化》的重難點(diǎn)，也是高中生物學(xué)的重要內(nèi)容。這部分內(nèi)容是在必修1《分子與細(xì)胞》的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，學(xué)生有一定的細(xì)胞學(xué)知識。通過學(xué)習(xí)“減數(shù)分裂”這一節(jié)內(nèi)容，學(xué)生能夠認(rèn)識高等生物有性生殖的細(xì)胞學(xué)基礎(chǔ)，為后續(xù)學(xué)習(xí)遺傳與變異、生物進(jìn)化奠定基礎(chǔ)。因此，這節(jié)教學(xué)內(nèi)容在高中生物學(xué)中具有舉足輕重的地位。

大多數(shù)教師在講授減數(shù)分裂這一節(jié)時(shí)，偏向于借助PPT播放減數(shù)分裂動畫，演示減數(shù)分裂的過程。這一做法便于教師將各個(gè)階段的染色體行為生動形象地向?qū)W生展示，但是動畫放映往往一閃而過，學(xué)生只運(yùn)用到眼、耳、腦，并沒有切實(shí)體驗(yàn)染色體在各個(gè)階段的行為變化。本文嘗試在減數(shù)分裂的教學(xué)過程中，以實(shí)物做染色體物理模型，改用動畫演示和物理模型相結(jié)合的方式，能提高學(xué)生的課堂參與度，鍛煉學(xué)生的思維，提高教學(xué)效率。

1 利用物理模型突破減數(shù)分裂相關(guān)概念

1.1 同源染色體與非同源染色體 教材中對同源染色體的定義是：“配對的兩條染色體，形態(tài)和大小一般相同，一條來自父方，一條來自母方?！眱H僅通過文字描述，學(xué)生在碰到有絲分裂和減數(shù)分裂的圖形依舊不能正確辨別，其根本原因在于對同源染色體和非同源染色體的概念理解不透徹[1]。教師可利用紅色和橙色的軟磁片(紅色代表來自父本的染色體，橙色代表來自母本的染色體)剪成染色體模型并將之放到不同的細(xì)胞中(圖1)，讓學(xué)生依據(jù)教材上同源染色體的概念在圖1的A、 B、 C、 D中判斷哪個(gè)有同源染色體，待學(xué)生選擇A和C后提問：“選擇A和C的原因以及為什么不選B和D？”并重點(diǎn)介紹C，引出有絲分裂過程中也有同源染色體，只是同源染色體不進(jìn)行配對、聯(lián)會等行為。隨后提問：“X染色體和Y染色體的形態(tài)大小相同嗎?它們是同源染色體嗎?”借這些問題來突出概念中的形態(tài)、大小一般相同，排除學(xué)生對同源染色體形態(tài)、大小一定相同的認(rèn)知誤區(qū)。

圖1 同源染色體的識別

1.2 聯(lián)會與四分體 將配對的同源染色體看成一個(gè)整體(圖2)，引出同源染色體兩兩配對的現(xiàn)象叫聯(lián)會。并讓學(xué)生分析這一整體含有幾條染色體？幾條染色單體？借學(xué)生的思考，指出四分體是因聯(lián)會后同源染色體含有四條染色單體而得名。

圖2 減數(shù)第一次分裂過程中四分體的形成

1.3 交叉互換 教材中以圖片的形式展示交叉互換，學(xué)生往往還不能完全理解。教師可講述四分體中非姐妹染色單體交叉互換的現(xiàn)象后，隨堂讓學(xué)生利用四分體模型演示交叉互換的過程(圖3)。該設(shè)計(jì)不僅能讓學(xué)生親自體驗(yàn)何為非姐妹染色單體交叉互換，而且為后續(xù)學(xué)習(xí)配子的多樣性以及生物的多樣性提供理論支點(diǎn)。

圖3 非姐妹染色單體交叉互換

2 利用物理模型突破減數(shù)分裂過程

2.1 減數(shù)分裂各個(gè)時(shí)期染色體的行為變化 減數(shù)第一次分裂的前期、中期、后期的染色體行為變化是減數(shù)分裂教學(xué)過程中的重點(diǎn)，傳統(tǒng)的教法是邊講授邊播放動畫。教師在播放動畫演示后，可讓學(xué)生用染色體模型在黑板上演示各個(gè)時(shí)期染色體的行為，這將有利于幫助學(xué)生理解減數(shù)第一次分裂后期同源染色體移向兩極的隨機(jī)性(圖略)。

可以某種生物的卵原細(xì)胞(2n=4)為例，讓學(xué)生依據(jù)減數(shù)分裂的過程，利用模型展示該生物次級卵母細(xì)胞理論上染色體可能出現(xiàn)的組成情況。當(dāng)體細(xì)胞含有2對同源染色體時(shí)，理論上配子有22種情況(圖略)，由此推演人類染色體的來源和組成問題，即人的23對染色體中，是由來自父本的23條和來自母本的23條組成，由于同源染色體在減數(shù)第一次分裂后期的分離具有隨機(jī)性(可以移向兩極中的任何一極)，因此每一個(gè)人的配子理論上有223種染色體組合的可能性。減數(shù)分裂過程中涉及的非姐妹染色單體交叉互換，同源染色體分離及非同源染色體自由組合保證了配子染色體的多樣性，是開展生命教育的良好材料。

2.2 染色體、DNA、染色單體的辨別 教師可展示復(fù)制前和復(fù)制后的染色體模型(圖4)，由于染色體復(fù)制的實(shí)質(zhì)是DNA復(fù)制，因此可引導(dǎo)學(xué)生利用著絲點(diǎn)的數(shù)量來判斷染色體的數(shù)量，即同一著絲點(diǎn)連有兩條DNA便有姐妹染色單體，一個(gè)著絲點(diǎn)連一個(gè)DNA分子便無染色單體。隨后拿出多個(gè)染色體模型，讓學(xué)生看實(shí)物分別說出所展示的模型含有幾條染色體、幾條DNA、幾條染色單體。

圖4 染色體復(fù)制前(左，無染色單體)染色體復(fù)制后(右，兩條染色單體)

2.3 人類卵細(xì)胞和精子的形成 人類卵原細(xì)胞(22對常染色體+XX)和精原細(xì)胞(22對常染色體+XY)是一類特殊的體細(xì)胞，它們不僅能通過有絲分裂來增殖自身的細(xì)胞數(shù)量，而且能通過減數(shù)分裂產(chǎn)生生殖細(xì)胞(配子)，這是其他體細(xì)胞不具有的特征。每一個(gè)卵原細(xì)胞通過減數(shù)分裂產(chǎn)生1個(gè)卵細(xì)胞(22條常染色體+X)和3個(gè)極體(最終會解體消失)。精原細(xì)胞通過減數(shù)分裂得到4個(gè)精細(xì)胞(兩種類型)，即2個(gè)精細(xì)胞里染色體組成是22條常染色體+X，另2個(gè)精細(xì)胞里染色體組成是22條常染色體+Y。最后四個(gè)精細(xì)胞通過變形形成兩種類型的精子。

人類的體細(xì)胞(2n=46)在配子形成過程中，來自親本的染色體有223種組合方式；加之在減數(shù)第一次分裂的四分體時(shí)期非姐妹染色單體的交叉互換，由此保證了配子從親本繼承了全部的遺傳物質(zhì)，同時(shí)又與親本保持一定的變化；由此實(shí)現(xiàn)親代與子代的遺傳與變異。