“染色體組概念及其數目判斷”的活動式教學設計*

翁希凝（南京市人民中學 江蘇南京 210005）

“染色體組”是學生在學習“染色體數目變異”，尤其是整倍性變異時的核心概念，是進一步理解二倍體、多倍體和單倍體等概念的基礎。在理解染色體組概念的基礎上，進一步掌握細胞中染色體組數目的判斷方法也極為重要。正確判斷細胞中的染色體組數目，是判斷生物體為二倍體、多倍體或單倍體的重要前提之一。人教版《生物2 必修·遺傳與進化》中關于染色體組的概念表述為：細胞中的一組非同源染色體，在形態和功能上各不相同，但又相互協調，共同控制生物的生長、發育、遺傳和變異，這樣的一組染色體，叫做一個染色體組。即一個染色體組中的染色體應該具備3 個特征：一組非同源染色體（不能含有同源染色體）；形態和功能各不相同；攜帶著控制一種生物生長、發育、遺傳和變異的遺傳信息。如此抽象的概念，對于正處于從形象思維向抽象思維過渡階段的高一學生來說很難理解其實質。而且，依據此概念，也無法直接對細胞中的染色體組數目進行判斷。這些都是教師需要重點解決的問題。在“染色體組概念及其數目判斷”的教學中，采用活動式教學方法，借助自制教具幫助學生自主構建染色體組的概念，掌握染色體組數目的判斷方法，提升學生的科學思維能力。

1 教學目標

1）構建染色體組的概念;

2）掌握染色體組數目的判斷方法。

2 教學重、難點

1）重點：構建染色體組的概念；

2）難點：掌握判斷染色體組數目的2 種常用方法。

3 課前準備

教師準備一塊足夠大的白板，其上預先畫好3個細胞輪廓，再準備3 種不同形態的磁條若干，代表染色體，其中一部分預先寫上基因，若無磁條可用不同顏色的彩紙代替。學生每人預先在一張A4 紙上畫好3 個細胞輪廓，再準備3 種不同形態的剪紙若干，代表染色體，其中一部分預先按教師要求寫上基因。

4 教學過程

4.1 染色體組的概念

4.1.1 一個染色體組中的染色體組成 教師展示雌果蠅體細胞的染色體圖（圖1-1）［1］，告知學生Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ代表染色體編號，X為性染色體。引導學生思考下列問題：

圖1-1 雌果蠅體細胞染色體圖［1］

1）染色體Ⅱ號與Ⅱ號、Ⅲ號與Ⅲ號、Ⅳ號與Ⅳ號、X 與X 是什么關系？ 學生根據之前學過的減數分裂的知識很容易答出是同源染色體。

2）雌果蠅經減數分裂產生的卵細胞中的染色體組成情況是怎樣的？ 教師提醒學生減數分裂過程中會發生同源染色體分離，學生能答出卵細胞中的染色體由1 條Ⅱ號、1 條Ⅲ號、1 條Ⅳ號和1條X 染色體組成（圖1-2）［1］。

圖1-2 雌果蠅卵細胞染色體圖［1］

3）雌果蠅卵細胞中的染色體與體細胞中的染色體是什么關系？有了第2 問作鋪墊，學生不難答出卵細胞中的染色體剛好是由體細胞中所有各對同源染色體中的一條組成的。

在此基礎上教師引導學生概括得出：像雌果蠅的卵細胞這樣，由體細胞中所有各對同源染色體中的一條所組成的一組染色體，組成了一個染色體組。這樣，學生對“染色體組”這一抽象的概念，有了初步直觀的感性認識。

4.1.2 構建染色體組的概念 教師在白板上展示一個含有3 對等位基因分別位于3 對同源染色體上的體細胞（圖2-1），讓學生在A4 紙上用剪紙照樣擺好。然后，教師讓學生根據概括出的“由體細胞中所有各對同源染色體中的一條所組成的一組染色體，組成一個染色體組”，讓學生擺出一個染色體組。由于各條染色體上的基因不同，學生所擺成的染色體組中的染色體上的基因也會有所不同，這正好為構建染色體組的概念提前做好鋪墊。教師可選擇一些學生在白板上展示擺成的染色體組（圖2-2）。

圖2-1 含有3 對基因的體細胞

圖2-2 學生擺成的染色體組

教師提問：所擺的這些染色體是否都能組成一個染色體組？由于染色體上的基因不同，不少學生會糾結于應選擇帶有何種基因的染色體組成染色體組。教師因勢利導，對此概念進行強化：由體細胞中所有各對同源染色體中的任意一條所組成的一組染色體，都能組成一個染色體組。

在此基礎上，教師引導學生自主構建染色體組的特征：①一組非同源染色體；②形態和功能各不相同。這2 個特征學生很容易構建，因為從圖2-2 中能直觀發現一個染色體組中的各條染色體形態和大小明顯不同，說明是非同源染色體；各條染色體上的基因不同，說明控制不同的性狀，功能也不同。教師引導學生思考：

1）基因A與a、B與b、D與d是什么關系？學生根據所學的知識知道，它們都是等位基因。

2）等位基因控制的是同一性狀嗎？ 學生回憶等位基因控制的是同一性狀的不同表現類型，即等位基因控制的是同一性狀。

3）與體細胞相比，一個染色體組中的基因有何不同？ 學生通過比較發現，與體細胞相比，雖然一個染色體組中的基因減少了一半，而且每位學生各自所擺染色體組中的染色體上的基因也不盡相同，但基因的種類卻并未減少，這就說明一個染色體組仍然攜帶著控制一種生物生長、發育、遺傳和變異的遺傳信息。至此，學生構建染色體組的第3 個特征已然水到渠成。

最后，教師引導學生將染色體組的3 個特征進行綜合，進一步構建染色體組的完整概念。通過以上活動，絕大多數學生對染色體組的概念由感性認識上升到了理性認識。教師可通過雄果蠅體細胞的染色體圖對染色體組的概念進行及時反饋。由于雄果蠅的性染色體形態不同，在判斷雄果蠅的一個染色體組中的染色體組成時，有利于加深學生對染色體組概念的理解。

4.2 細胞中染色體組數目的判斷

4.2.1 依據染色體形態判斷 教師在白板上展示只含有1 個染色體組的細胞，該染色體組由3 條染色體組成，其上不標基因，讓學生在A4 紙上照樣擺好。然后，讓學生分別擺出含有2 個和3 個這樣的染色體組的細胞，并在白板上展示（圖3-1）。

圖3-1 分別含有1 個、2 個、3 個染色體組的細胞

教師提問：判斷一個細胞中的染色體組數目的依據是什么？學生雖能正確完成教師布置的上述任務，但要概括判斷染色體組數目的依據仍有難度。經教師啟發，學生發現：細胞中同一形態的染色體有幾條，就有幾個染色體組。教師趁勢引導學生進一步思考可這樣判斷染色體組數目的依據——染色體組中是沒有同源染色體的，同一形態的染色體即同源染色體，必然分別屬于不同的染色體組。這樣，加深了學生對上述判斷方法的理解。

不少學生在用上述方法進行判斷時常將細胞中的染色體形態數目錯當成染色體組數目。為了解決這一問題，教師可在圖3-1 中第3 幅圖的基礎上進行修改，再讓學生判斷這2 個細胞（不是來自同種生物）中的染色體組數目（圖3-2）。學生經比較發現，雖然2 個細胞中的染色體形態和數目都不同，但共同特點是同一形態的染色體都各是3 條，所以都含有3 個染色體組，從而使學生對上述判斷方法的理解和運用進一步得到加強。

圖3-2 含有3 個染色體組的細胞

4.2.2 依據基因型判斷 教師讓學生用標有任意2 種基因的染色體剪紙擺出含有2 個染色體組的細胞（不是來自同種生物），并選擇一些學生在白板上展示（圖4）。

圖4 含有2 個染色體組的細胞

教師讓學生寫出自己所擺的細胞及白板上所展示的細胞的基因型，并啟發學生思考：這些細胞的基因型各不相同，但都含有2 個染色體組，你能從中找出細胞的基因型與染色體組數目之間的關系嗎？ 有了前一種判斷方法作為基礎，學生能發現：細胞中控制同一性狀的基因（不分顯、隱性）有幾個，就有幾個染色體組。同樣，教師趁勢引導學生進一步思考可這樣判斷染色體組數目的依據——控制同一性狀的基因位于同源染色體上，而染色體組中是沒有同源染色體的，這些控制同一性狀的基因各自所在的同源染色體必然分別屬于不同的染色體組。這樣，加深了學生對上述判斷方法的理解。

教師讓學生判斷例如基因型為AAaa、BBbDdd、AbD的細胞所含有的染色體組數目，如果學生還不熟練，可讓學生先用標有基因的染色體剪紙擺出上述細胞的染色體組成情況，再進行判斷。這樣有助于鞏固學生對上述判斷方法的掌握。

此外，還有一種判斷方法：染色體組數目=染色體數目／染色體形態數目。其依據與第1 種判斷方法相同，不再贅述。

5 教學反思

從學生的課堂反應和課后反饋分析，活動式教學取得了良好的效果，分析其原因在于：活動式教學中，在教師的指導下，學生自己動手、動口、動腦，充分調動多種器官參加學習，興趣濃厚、思維積極、感知豐富、樂學易懂。以認知活動為突破口，創設良好的課堂氛圍，以活動為形式，注重外顯行為活動與思維內化活動的結合，重視認知活動與情意活動、教師主導活動與學生主體活動、學生個體活動與群體活動的協調，促使學生由消極被動的學習向積極主動的學習轉化，使認知和情感得到和諧發展。

此外，教學過程中組織學生使用自制教具構建物理模型（生物圖），借助這些生物圖將抽象的、難以理解的概念轉變成符合學生認知水平和思維特點的形象的、易于理解的信息，學生再通過對這些生物圖包含的信息進行加工，很好地理解了染色體組的概念，并掌握了判斷染色體組數目的方法，提升了學生的科學思維能力等生物學學科核心素養［2］。