“染色体变异”的教学组织
张海军
摘 要 在新课程理念和建构主义理论的指导下，基于问题情境创设，组织了“染色体变异”一节的课堂教学，通过创设突破“染色体组”概念、辨析二倍体、多倍体、单倍体等问题情境，让学生在思考、讨论和分析、解决问题的过程中获取染色体结构变异和数目变异等方面的知识。
关键词 染色体结构变异 染色体数目变异 染色体组 建构主义
1、教学内容组织
1.1 教学设计思维导图
图1 思维导图
1.2关键术语和重要概念
图2
2、教学目标
（1）知识目标。①熟悉染色体结构变异的基本类型。②探讨染色体数目的变异。③准确理解染色体组概念。④举例说明二倍体、多倍体、单倍体的概念。
（2）能力目标。①通过辨别易混淆的概念，培养分析比较能力和思维判断能力。②能用科学、简练的语言解释相关概念。③通过知识的应用，培养知识迁移能力。
（3）情感目标。①感知生物学知识在生产实践中的应用，体验学以致用的成功感。②激发学生主动探索、研究实际问题的兴趣。
3、教学过程
3.1 导入新课
授课的时间正好在吃西瓜的季节，首先在课件上展示了一张普通有籽的西瓜和一张无籽西瓜的图片，简单解释其形成的原因，即“这就是因为染色体发生变异形成的，在学习完本节的内容后我们会请大家设计方案：怎样通过有籽西瓜得到无籽西瓜？”通过这样的一个简单引入，集中学生的注意力、激发学生学习本课的兴趣。然后通过三张来自不同个体的染色体组成图了解染色体变异的类型（图3至图5）。
图3 正常个体染色体组成 图4 猫叫综合征患者染色体组成 图5 先天愚型患者染色体组成
通过上面的这三张图，学生很容易就能够理解染色体变异包括两种类型，即“染色体结构变异”和“染色体数目变异”。
3.2 染色体结构变异的新课教学
教师提问：“染色体结构变异除了我们刚才看到的部分缺失以外还可能有哪些类型呢？”请学生阅读教材[1]第85页和第86页图文，并结合图6进行点拨，学生很容易就能搞清楚“缺失”“重复”“倒位”“易位”这样四种染色体结构变异的类型。之后继续提问：“染色体结构变异中的易位和我们前面学的基因重组中的交叉互换有什么异同?”教师组织学生进行小组讨论，并与全班学生交流。之后完成学案上的两个题目，并与全班交流解题思路。
图6 染色体结构变异类型示意图
3.3 染色体数目变异的新课教学
3.3.1 细胞内个别染色体的数目的增加或减少
本部分内容直接在课件上再次展示图3，学生即可以理解。
3.3.2 细胞内染色体数目以染色体组的形式成倍的增加或减少
3.3.2.1 染色体组概念教学
教师首先在课件上展示一张果蝇的染色体组成图（图7）然后请学生根据该图回答以下三个问题：（1）图中有哪几对同源染色体？（2）配子是通过减数分裂形成的，试在下面的圆圈中绘出其配子中的染色体组成。并分析配子中的染色体组成有什么特点？（3）果蝇配子中包含的所有染色体可以称之为一个染色体组，阅读教材[1]86页最后一段，找出染色体组的概念。
图7 雄性果蝇体细胞的染色体图解[1]
在这个过程中，通常学生能够准确的回答第一个问题，但是第二个问题绘制配子中染色体组成的时候，请一位同学上黑板绘，其余的同学在学案上绘，在巡视的过程中，发现学生刚开始的时候很少有同学绘制准确，但笔者认为这是理解染色体组概念的关键，所以做了以下提示：“配子是怎样形成的？”“减数分裂中的“减数”发生在什么时候？是什么原因引起的？”这样学生就能想到“减数第一次分裂后期同源染色体分离，非同源染色体自由组合”。个人认为这句话对理解染色体组的概念有莫大的作用，根据这句话准确的绘出配子的染色体组成图后，教师提问：“像这样一个配子中所有的染色体我们可以称之为一个染色体组，请大家认真观察你绘制的图思考并配子中的染色体组成有什么特点？”学生回答：“这里面没有同源染色体。”再请学生阅读教材[1]86页最后一段，找出染色体组的准确概念，即“细胞中的一组非同源染色体，其形态和功能各不相同，但又相互协调，共同控制生物的生长、发育、遗传和变异，这样一组染色体，叫做一个染色体组。”之后完成学案上的两个题目，并与全班交流解题思路。
3.3.2.2 辨析二倍体、多倍体、单倍体三个概念
在组织这部分教学的时候，我首先将教材的内容进行了整合，在学案上给了四则材料：
材料一：人、果蝇、玉米体细胞中各含两个染色体组，都属于二倍体。在自然界中，几乎全部的动物和过半数的高等植物均是二倍体。
材料二：普通小麦体内有六个染色体组，马铃薯体内有四个染色体组，香蕉体内有三个染色体组，这些生物都称为多倍体。
材料三：在初中生物中学过蜜蜂中的工蜂和蜂王由受精卵发育而成，属于二倍体，而雄蜂由未受精的卵直接发育而成，体细胞中的染色体数是工蜂和蜂王的一半，称为单倍体。自然条件下，玉米、高粱、水稻、番茄等二倍体高等植物，偶尔也会出现由未受精的卵细胞发育而成的单倍体植物。
材料四：普通小麦体细胞中有六个染色体组，用它的花药离体培养形成的植株叫单倍体，其体细胞中含有三个染色体组。
请学生分组讨论下面两个问题：
1．结合上面四则材料归纳二倍体、多倍体、单倍体的概念。
2．判断某一个体是单倍体还是多倍体的依据是什么？
在教学过程中，几乎每个班的第一个学生在回答第一个问题时都是这样说的：包含两个染色体组的叫二倍体，有三个或三个以上染色体组的叫做多倍体，含有一个染色体组的叫单倍体。这时教师追问：“材料四中的单倍体有几个染色体组？”（纠正了学生的一个惯性思维：单倍体只含有一个染色体组。）接着再问：“既然用小麦花药离体培养得到的植株体细胞内含有三个染色体组为什么不叫它三倍体？”自然地引出第二问“判断某一个体是单倍体还是多倍体的依据是什么？”经过讨论纠正得到科学的概念，即“由受精卵发育而成的，体细胞中有两个染色体组的个体称之为二倍体。由受精卵发育而成的，体细胞中含有三个或三个以上的染色体组的个体称之为多倍体。体细胞中含有本物种配子染色体数目的个体叫做单倍体。”
解释完概念后再设计一个问题，看图8，你能准确的判断该图所代表的生物个体是几倍体么？学生回答不能，因为它有两种可能：如果是受精卵发育而来的就是二倍体；如果是未受精的卵细胞发育而来的就是单倍体。利用这样一个问题就对这几个概念进行了强化，并得到下面的结论：如果生物体是由受精卵发育形成，生物体细胞内有几个染色体组就叫几倍体。如果生物体是由配子直接发育而成，不论细胞内含有几个染色体组，都叫单倍体。
图8 含有两个染色体组的细胞
之后完成教材[1]第89页练习3，并与全班交流解题思路。
3.3.3 人工诱导多倍体新课教学
在处理这部分知识的时候，为呼应课堂导入，我设计了一个思维拓展题：人们平时食用的西瓜是二倍体，无子西瓜是三倍体。分组讨论：如何利用二倍体西瓜培育出无子西瓜？这个问题的思维跨度比较大，所以我又做了提示：以人体细胞中的染色体来源为例。有了这个提示后这个问题的难度就下降了很多，学生基本都能想到先用二倍体西瓜培育出四倍体西瓜，再用二倍体西瓜和四倍体西瓜杂交，那么这个过程的关键就在于“怎样用二倍体西瓜先培育出四倍体西瓜？”请学生阅读教材[1]第87页第三段，了解人工诱导多倍体形成的方法。
学生阅读了相关的内容后其实并没有搞清楚为什么，还需要教师的点拨，我在课件上先展示了植物有丝分裂过程图（图9），先请同学简要回顾有丝分裂过程。再展示图10，这样学生对秋水仙素的作用原理就有了比较深刻的理解。即：当秋水仙素作用于正在分裂的细胞时，能抑制纺锤体的形成，导致染色体不能移向细胞两极，从而引起染色体数目加倍。讨论完上述问题后再追问一个问题：在二倍体西瓜发育的哪个阶段用秋水仙素进行处理？为什么？学生在教材中找到答案“处理萌发的种子或者幼苗。”原因是这些时期植物的有丝分裂比较旺盛。
图9 植物有丝分裂过程图
图10 秋水仙素作用原理图示
完成染色体数目变异的新课教学后，将相关知识用下图进行总结：
图11 染色体组相关知识概念图
3.3.4 盘点收获
完成本堂课的教学内容后，通过完成学案上的概念图（图12）进行总结，注意要求学生在填图时回顾刚刚在课堂上讨论的各个知识点相关知识。
图12 本课相关概念的概念图
4 教学反思
本教学设计基于新课程理念[2]和建构主义学习理论[3-5]，即以学生为中心，在整个教学设计中通过学生的自主学习、合作学习和探究学习对知识进行主动探索和构建，教师不再是直接向学生传授和灌输知识，而只对学生的意义建构起帮助和促进作用。
在设计教学过程时按照知识的难易程度设计不同的学习方式。“染色体结构变异”内容相对来说较为简单学生通过阅读课本上的文字和图片基本就能够看懂，设计为自主学习；二倍体、多倍体和单倍体等概念比较容易混淆，学生通过分组合作学习的方式来掌握；“诱导多倍体形成”笔者将其设计为思维拓展，让学生通过探究学习的方式进行突破。
在设计“染色体结构变异”教学时，加入“易位”与基因重组中“交叉互换”的比较培养学生的分析比较能力，通过二倍体、多倍体和单倍体等概念的辨析培养学生思维判断能力，另外还通过设计“如何利用二倍体西瓜培育出无子西瓜”这样的思维拓展，引导学生自主解决新情境下的真实问题，实现生物知识的迁移应用。
参考文献
1朱正威，赵占良.普通高中课程标准实验教科书生物学必修2遗传与进化.北京：人民教育出版社，2010.
2中华人民共和国教育部.普通高中生物课程课程标准（实验）.北京：人民教育出版社，2008
3曹慧玲，徐金良. 建构主义理论与生物学新课程的教学模式.生物学通报, 2006, 46(11): 20—21.
4朱正威. 教学设计重在“学”的设计.生物学通报, 2011, 46(11): 20—21.
5王健，李秀菊. 5E 教学模式的内涵及其对我国理科教育的启示.生物学通报, 2012, 47(3): 37—42.
（E-mail：haijunzh1981@126.com）
（本文发表于《中学生物学》2013年第8期）