利用物理模型，突破“减数分裂”教学难点

曹琰娣 李韶山

(华南师范大学生命科学学院 广州 510631)

“减数分裂”是人教版高中生物学教材必修2《遗传与进化》的重难点，也是高中生物学的重要内容。这部分内容是在必修1《分子与细胞》的基础上进行的，学生有一定的细胞学知识。通过学习“减数分裂”这一节内容，学生能够认识高等生物有性生殖的细胞学基础，为后续学习遗传与变异、生物进化奠定基础。因此，这节教学内容在高中生物学中具有举足轻重的地位。

大多数教师在讲授减数分裂这一节时，偏向于借助PPT播放减数分裂动画，演示减数分裂的过程。这一做法便于教师将各个阶段的染色体行为生动形象地向学生展示，但是动画放映往往一闪而过，学生只运用到眼、耳、脑，并没有切实体验染色体在各个阶段的行为变化。本文尝试在减数分裂的教学过程中，以实物做染色体物理模型，改用动画演示和物理模型相结合的方式，能提高学生的课堂参与度，锻炼学生的思维，提高教学效率。

1 利用物理模型突破减数分裂相关概念

1.1 同源染色体与非同源染色体 教材中对同源染色体的定义是：“配对的两条染色体，形态和大小一般相同，一条来自父方，一条来自母方。”仅仅通过文字描述，学生在碰到有丝分裂和减数分裂的图形依旧不能正确辨别，其根本原因在于对同源染色体和非同源染色体的概念理解不透彻[1]。教师可利用红色和橙色的软磁片(红色代表来自父本的染色体，橙色代表来自母本的染色体)剪成染色体模型并将之放到不同的细胞中(图1)，让学生依据教材上同源染色体的概念在图1的A、 B、 C、 D中判断哪个有同源染色体，待学生选择A和C后提问：“选择A和C的原因以及为什么不选B和D？”并重点介绍C，引出有丝分裂过程中也有同源染色体，只是同源染色体不进行配对、联会等行为。随后提问：“X染色体和Y染色体的形态大小相同吗?它们是同源染色体吗?”借这些问题来突出概念中的形态、大小一般相同，排除学生对同源染色体形态、大小一定相同的认知误区。

图1 同源染色体的识别

1.2 联会与四分体 将配对的同源染色体看成一个整体(图2)，引出同源染色体两两配对的现象叫联会。并让学生分析这一整体含有几条染色体？几条染色单体？借学生的思考，指出四分体是因联会后同源染色体含有四条染色单体而得名。

图2 减数第一次分裂过程中四分体的形成

1.3 交叉互换 教材中以图片的形式展示交叉互换，学生往往还不能完全理解。教师可讲述四分体中非姐妹染色单体交叉互换的现象后，随堂让学生利用四分体模型演示交叉互换的过程(图3)。该设计不仅能让学生亲自体验何为非姐妹染色单体交叉互换，而且为后续学习配子的多样性以及生物的多样性提供理论支点。

图3 非姐妹染色单体交叉互换

2 利用物理模型突破减数分裂过程

2.1 减数分裂各个时期染色体的行为变化 减数第一次分裂的前期、中期、后期的染色体行为变化是减数分裂教学过程中的重点，传统的教法是边讲授边播放动画。教师在播放动画演示后，可让学生用染色体模型在黑板上演示各个时期染色体的行为，这将有利于帮助学生理解减数第一次分裂后期同源染色体移向两极的随机性(图略)。

可以某种生物的卵原细胞(2n=4)为例，让学生依据减数分裂的过程，利用模型展示该生物次级卵母细胞理论上染色体可能出现的组成情况。当体细胞含有2对同源染色体时，理论上配子有22种情况(图略)，由此推演人类染色体的来源和组成问题，即人的23对染色体中，是由来自父本的23条和来自母本的23条组成，由于同源染色体在减数第一次分裂后期的分离具有随机性(可以移向两极中的任何一极)，因此每一个人的配子理论上有223种染色体组合的可能性。减数分裂过程中涉及的非姐妹染色单体交叉互换，同源染色体分离及非同源染色体自由组合保证了配子染色体的多样性，是开展生命教育的良好材料。

2.2 染色体、DNA、染色单体的辨别 教师可展示复制前和复制后的染色体模型(图4)，由于染色体复制的实质是DNA复制，因此可引导学生利用着丝点的数量来判断染色体的数量，即同一着丝点连有两条DNA便有姐妹染色单体，一个着丝点连一个DNA分子便无染色单体。随后拿出多个染色体模型，让学生看实物分别说出所展示的模型含有几条染色体、几条DNA、几条染色单体。

图4 染色体复制前(左，无染色单体)染色体复制后(右，两条染色单体)

2.3 人类卵细胞和精子的形成 人类卵原细胞(22对常染色体+XX)和精原细胞(22对常染色体+XY)是一类特殊的体细胞，它们不仅能通过有丝分裂来增殖自身的细胞数量，而且能通过减数分裂产生生殖细胞(配子)，这是其他体细胞不具有的特征。每一个卵原细胞通过减数分裂产生1个卵细胞(22条常染色体+X)和3个极体(最终会解体消失)。精原细胞通过减数分裂得到4个精细胞(两种类型)，即2个精细胞里染色体组成是22条常染色体+X，另2个精细胞里染色体组成是22条常染色体+Y。最后四个精细胞通过变形形成两种类型的精子。

人类的体细胞(2n=46)在配子形成过程中，来自亲本的染色体有223种组合方式；加之在减数第一次分裂的四分体时期非姐妹染色单体的交叉互换，由此保证了配子从亲本继承了全部的遗传物质，同时又与亲本保持一定的变化；由此实现亲代与子代的遗传与变异。