建構主義理論指導下的染色體組概念教學策略

孟凡龍

(江蘇省揚州大學附屬中學東部分校 225003)

建構主義(constructivism)理論的主要觀點認為學習是學習者在原有知識經驗的基礎上，在一定的社會文化環境中，主動對新信息進行加工處理，建構知識的意義的過程。學習者從不同背景、不同角度出發，在教師和他人的協助下，通過獨特的信息加工活動，建構起對現實世界的意義。建構主義強調學習者的主動性，認為學習是學習者主動地建構內部心理表征的過程。

染色體組(genome)概念是蘇教版高中生物學必修2第3章第3節“染色體數目的變異”中的核心概念，一直是遺傳學內容教學的重點和難點。很多教師對本節課進行公開教學的過程中，通常以雌雄果蠅的染色體圖解來分析，然后呈現染色體組的概念，再由學生根據概念來判斷其他細胞中的染色體組數目，這樣的教學設計使得部分學生對染色體組的概念本質缺乏深入的理解，導致學生無法準確判斷出細胞中的染色體組數目。為此筆者嘗試基于建構主義理論創設生活情境，依托軟磁鐵模型活動進行染色體組核心概念的教學。

1 遵循思維規律，夯實基本概念

課前準備：每個小組一張A4紙，將其四周折起做成一個白紙盤(模擬雌果蠅的一個體細胞)，將模擬雌果蠅體細胞中8條染色體的紙片散亂分布在白紙盤中(圖1)，另制作一個稍大型的8條染色體軟磁鐵模型教具貼在黑板右側。

小組活動：由每個小組的學生將白紙盤中散亂分布的8條染色體進行自由分組，然后請一位學生將黑板上的8條染色體軟磁鐵模型進行自由分組，并說明分組的理由。大多數小組的學生都是將形狀、大小相同的擺放在一起(圖1)，其理由一般都說是形狀和大小都相同的是同源染色體(homologous chromosomes)。此時引導學生回憶同源染色體的概念和減數分裂中同源染色體的行為。學生一般都能指出同源染色體是指形狀和大小一般都相同，一條來自父方，一條來自母方，能配對的兩條染色體。要求學生說出果蠅體細胞中含有幾條染色體？幾對同源染色體？并根據染色體編號具體說出誰和誰是同源染色體。

圖1 雌果蠅染色體模型圖解

同時教師在學生已有的同源染色體前概念的基礎上，呈現資料，適當拓展：同源染色體上含有相似的DNA序列和相同的線性基因順序，各等位基因位于同源染色體相同的基因座位上，等位基因的序列也是高度相似的。因此同源染色體上攜帶的遺傳信息相似，功能基本相同。

2 激發思維品質，構建核心概念

2.1 結合案例分析，構建染色體組概念 教師引導學生思考：多數同學是依據染色體的形狀和大小相同來進行歸類分組的，那么能否換個思維角度，思考是否還有其他的分組方式？此時有部分學生會想到將形狀和大小不相同的染色體分在一組，這樣就會有兩個小組。教師順勢將黑板上的8條染色體軟磁鐵模型分別編號，并標記上四對不同的等位基因，即AaBbCcXDXd(圖2)，請學生思考：將形狀和大小不相同的染色體分在一組，這樣的分組有幾種可能的分法？引導學生回憶同源染色體在減數分裂過程中的行為特征，抓住同源染色體在減數第一次分裂后期發生分離這一關鍵點，從而深入理解減數分裂形成配子種類的本質。

圖2 雌果蠅染色體模型標記分組圖解

學生提出問題：只有正常生物染色體的一半，即只有配子的染色體數目，現實生活中這樣的生物能存活么？教師介紹：植物中有許多由未受精的卵細胞自然發育成的植物，如番茄、棉花、咖啡和小麥等，目前多數植物都可以通過花藥或花粉人工培育成植物體。動物中如蜜蜂中的雄蜂也是由未受精的卵細胞直接發育而來的[1]。接著教師播放有關蜜蜂性別的視頻，并呈現資料：蜜蜂是一種群居性的社會性昆蟲，蜜蜂群體中有蜂王、工蜂和雄蜂三種類型，其生長發育過程如圖3(簡單介紹一下雄蜂產生精子的過程是一種“假減數分裂”，其職責就是和蜂王交配繁殖后代，一般壽命不長)，不同蜜蜂體細胞中的染色體情況如圖4。重點比較雄蜂和蜂王(或工蜂)的染色體組成，分析它們之間的區別和聯系，引導學生深入理解雄蜂體細胞中的染色體組成特征：細胞中的一組非同源染色體，沒有等位基因，它們在形態、大小和功能上各不相同，含有控制該種生物性狀的一整套基因，且沒有重復的染色體。但又互相協調，共同控制生物的生長、發育、遺傳和變異。

圖3 蜜蜂的個體發育過程圖解

圖4 不同蜜蜂體細胞的染色體圖解

2.2 注重活動類比，理解染色體組概念 小組活動：教師要求每個小組的學生從白紙盤中排列整齊的雌果蠅的8條染色體中取出一個染色體組，然后請一位學生從黑板上雌果蠅的8條染色體軟磁鐵模型中取出一個染色體組，并說明理由。大多數學生都能快速準確地取出一個染色體組，但也有極少部分學生會少取一條或多取一條，教師及時引導學生分析這種情況下的一組染色體能否稱為一個染色體組，并請學生充分結合染色體組的概念來說明其不是一個染色體組的理由，然后請每位學生根據雌果蠅體細胞中染色體的編號寫出卵細胞中的染色體組成，并設置問題討論：①正常卵細胞中含有幾條染色體？它們之間是什么關系？②這些染色體在形態和功能上是否相同？③若卵細胞中缺少一條染色體，能否正常控制生物性狀？為什么？進而師生一起總結鞏固染色體組的特征：一組非同源染色體，形態和功能各不相同，含有控制生物的生長發育、遺傳和變異的全套遺傳信息。

師生還可以通過雙手類比活動激發學生深入理解染色體組概念的興趣：教師請每位學生伸出雙手，縮回大拇指，結合雙手的8個手指(2個大拇指除外)，每個手指代表一條染色體，共有四對同源染色體，分別標號，那么一只手的四個手指就代表一個染色體組。采用圖像類比的方法借助雙手來模擬果蠅的染色體組，利用了人的非語言信息處理系統，以表象形式促使學習者進行類比推理，提高了理解科學概念的效率。

3 聯系生活實際，深化核心概念

教師利用黑板上雌果蠅的染色體圖解，引導學生理解：對于由受精卵發育成的正常生物體而言，其體細胞中含有幾個染色體組就稱其為幾倍體，從而引導學生一起建構二倍體(diploid sporophyte)和多倍體(polyploid)的概念。同時教師呈現生活中常見的幾種生物體細胞中的染色體組，尤其是開花的種子植物(可簡單介紹普通小麥和八倍體小黑麥的形成過程圖解)。

基于對染色體組概念深入理解的基礎上，建構整倍性變異和單倍體(Haploid)的概念：像雄蜂這樣的生物體細胞中染色體數目與正常體細胞相比，以染色體組的形式成倍地減少或增加就稱為染色體數目的整倍性變異(可同時引入非整倍性變異的概念)。像雄蜂這樣的生物，其體細胞中只有正常生物一半的染色體數目，即只有配子染色體的生物，其發育狀況與正常生物一樣么？這樣的一類生物是否有個統一的名稱？引導學生在教材中尋找答案，學生很容易找到單倍體的概念及單倍體植株的特征(圖5)。

圖5 單倍體和多倍體的形成圖解

由于單倍體缺少正常生物的一半染色體，所以生長狀況較弱，如果能夠使它的染色體再加倍，就可以成為正常的二倍體了，如何使單倍體的染色體數目加倍？學生很快就可以找到秋水仙素(或低溫)處理單倍體幼苗的方法和機理，注意引導學生分析單倍體植株的根細胞中染色體是否加倍，然后引導學生分析單倍體育種的原理、步驟和優勢。那么正常的二倍體植株能否用秋水仙素(或低溫)處理？處理后會出現怎樣的結果？學生都能理解形成四倍體，在此基礎上師生一起分析三倍體無子西瓜的培育過程圖解，并一起總結多倍體育種的原理、步驟和優勢。

4 教學反思

生物學核心概念的教學要注重概念的建構過程設計。本節課中染色體組概念的學習，首先結合雌果蠅染色體的模擬活動，創設雄蜂染色體特征的情境，進而建構染色體組核心概念。當學生在同源染色體概念的基礎上同化染色體組概念的時候，會出現認知沖突，此時教師要在順應過程中逐步引導學生達到一種新的平衡。

課堂中以學生為中心、以活動為載體建構染色體組核心概念，這樣的概念教學設計有助于激發學生興趣，提高課堂效率。