以實驗為載體，搭建科學思維平臺
——以“減數分裂”專題復習為例

河北 崔 靜

高中生物核心素養要求學生學會運用歸納與概括、演繹與推理、模型與建模、批判性思維等方法探討生命現象及規律，從而發展學生的科學思維。生物學是一門基礎自然科學，以觀察和實驗為基本研究方法，其中實驗教學是培養科學思維的重要途徑。高三復習階段是對知識的再認識，不是知識的簡單重復和疊加，是思維能力提升的關鍵時期。“減數分裂”專題一直是高中生物的重點和難點。本文嘗試以“減數分裂”專題復習為例，探討在高三專題復習中如何以實驗為載體，搭建科學思維的平臺，突破教學的重難點。

1.以觀察實驗為載體，理解減數分裂過程中染色體的行為變化

進行“減數分裂”專題復習時，教師可引導學生通過回顧減數分裂的實驗過程，進而理解減數分裂過程中染色體的行為變化，復習時可讓學生思考以下問題：

（1）觀察減數分裂的過程，理論上可以選擇的實驗材料為哪一種？最好選擇的實驗材料為哪一種？

（2）若在顯微鏡下觀察細胞內的染色體，實驗材料至少需經過什么處理？

（3）結合圖1（蝗蟲精母細胞減數分裂的顯微照片），闡明減數分裂過程中染色體的動態變化。

圖1 蝗蟲精母細胞減數分裂的顯微照片

（4）結合圖1思考在減數分裂過程中染色體發生了哪些不同于有絲分裂的變化？

問題（1）需要學生歸納減數分裂的場所，分析不同生物不同生殖器官中減數分裂的特點；問題（2）要求學生明確制作臨時裝片時，處理實驗材料的常用方法及目的；問題（3）要求學生不僅要學會觀察真實視野中的顯微圖像，還要通過排序把這些圖像變成一個動態的過程；問題（4）引導學生思考減數分裂過程中染色體數目減半的機制。

以上四個問題以顯微觀察實驗的形式還原了研究減數分裂過程的真實情景。顯微觀察類實驗在高中生物學習過程中占有重要地位，它要求學生掌握三種技能，即顯微鏡的使用技能、臨時裝片標本的制作技能、顯微圖像的觀察處理技能。在高三專題復習中，將減數分裂的知識以觀察實驗的形式呈現出來，不僅要求學生要深入思考實驗材料的選擇及處理、顯微圖像的觀察處理，還需要運用歸納與概括、演繹與推理等方法比較不同時期細胞的染色體特點，把這些圖像變成一個動態的過程，在這個過程中，學生就會對染色體的行為變化機制進行深入的思考：正是因為發生了同源染色體的聯會和分離，才能在保證染色體數目減半的同時，使子細胞擁有一整套非同源染色體。在高三專題復習時以這樣的方式展開教學，使學生不再把染色體的一系列變化看作孤立事件，而是通過主動觀察發現事實，并通過科學思考主動探究、深刻理解知識點間的相互聯系，激發深層次的科學思維。

2.以探究實驗為載體，歸納減數分裂過程中染色體的“特殊”行為（同源染色體的聯會和分離）對遺傳和變異的影響

教材以二倍體動物為例，重點介紹了減數第一次分裂過程中染色體如何聯會和分離，但教材中并未對染色體發生“變化”時，同源染色體如何聯會和分離，對遺傳和變異有什么影響進行展開。高三專題復習教學時，可引導學生思考以下問題：

（1）闡述X、Y染色體在減數分裂中的行為變化。

（2）若想在顯微鏡下觀察染色體變異應如何選材？

（3）若在顯微鏡下觀察到圖2所示的現象，說明染色體發生了什么變化？

圖2

（4）已知某種植物的高莖（A）與矮莖（a）是一對相對性狀，思考某三體植株（基因型為AAa）產生的配子種類及比例，請設計雜交實驗方案證明你的結果。（要求：寫出實驗思路、預期實驗結果、得出結論）

（5）三倍體西瓜為什么沒有種子？真的是一顆種子都沒有嗎？

（6）已知蜜蜂的短毛（B）與長毛（b）是一對相對性狀，推測當長毛蜂王與短毛雄蜂雜交時F1的表現型及比例。

問題（1）學生需要以X、Y染色體為例，明確性染色體如何聯會和分離，同時引導學生在減數分裂過程中深刻理解同源染色體的內涵及伴性遺傳的三種類型；問題（2）學生需要明確聯會時出現異常，才是觀察染色體變異的最佳時期，雖然有絲分裂也能觀察到染色體的變化，但變化的具體情況不容易確定；問題（3）（4）（5）（6）涉及了染色體結構和數目發生變化時，同源染色體如何聯會和分離；問題（4）還需要學生運用雜交實驗方案的方式驗證配子的種類及比例，作為“異常”染色體聯會和分離方式的實驗證據。

以上六個問題歸納概括了“異常”染色體如何聯會和分離，并以演繹推理的方式推測“異常”染色體對遺傳和變異的影響，可以幫助學生建立同源染色體聯會和分離的模型。

3.小結

科學思維是一種建立在證據和邏輯推理基礎上的思維方式，不經訓練無以產生。高三復習課更需要加強基礎，這里說的“基礎”，不僅指學生能夠記住哪些知識點，還包括學生對知識的共性有深刻認識，通過共性還原特殊性。高三專題復習中，以實驗為載體展開教學，既可以歸納各知識點間的關系，建立網絡、夯實基礎，提高學生調動和應用知識的能力，也可以將學習層級的較高點設計為教學的原起點，即先呈現一般的、有較大包容性的、較抽象的概念和原理，再復習具體的內容，實現從宏觀到微觀，從框架到具體，逐步提高學生提取和解讀信息能力的目的。相比層層遞進式教學，這種復習模式更需要學生運用一輪復習的表象知識來應對多角度的抽象概念分析，使歸納與概括、演繹與推理、模型與建模、批判性思維等方法被應用得淋漓盡致，科學思維在無形中被深度調動。