利用染色体模型开展核心概念教学

王爱东

摘要 利用塑料包装绳为主要材料，自制染色体模型，开展有丝分裂、减数分裂、基因分离定律和自由组合定律实质等部分相关核心概念的教学，取得良好的教学效果。

关键词 染色体模型 核心概念 概念教学

中图分类号 G633.91 文献标志码 B

《普通高中生物学课程标准f2017年版1》（以下简称新课标）在教学内容要求中提到以下概念：描述细胞通过不同的方式进行分裂，其中有丝分裂保证了遗传信息在亲代和子代细胞中的一致性；阐明减数分裂产生染色体数量减半的精细胞或卵细胞；阐明有性生殖中基因的分离和自由组合使得子代的基因型和表现型有多种可能，并可由此预测子代的遗传性状等等。对上述概念的学习和认知都依赖染色体的行为和数量变化。而对中学生而言，“染色体”还是较为抽象的概念，因此，新课标在教学提示中建议运用“模型”开展相关教学活动，促进学生生物学核心素养的提升。笔者利用塑料包装绳为主要材料，自制染色体模型进行教学实践，取得了良好的教学效果。

1模型的制作

1.1材料和工具

塑料包装绳（红色和白色各1卷）、双面胶、剪刀、卷尺、硬纸板若干。

1.2制作方法

染色质是由DNA和蛋白质组成，其中DNA是遗传物质，因此在模型中重点突出DNA。将两根塑料包装绳对齐后在绳子中间一起打结，绳结代表着丝点。之后用手搓绳，使其缠绕在一起，代表双螺旋的DNA分子（图1），模拟染色质的形态。利用双面胶缠绕着丝点，将两组图1模型粘在一起，模拟复制后的染色质（图2）。

将图1染色质模型一端固定，用手搓另一端，直到绳子中间出现自动缠绕的趋势为止，然后两端分别向绳结对折，绳子会自动缠绕（图3），模拟高度螺旋状态的染色体。利用双面胶缠绕着丝点，将两组图3模型粘在一起，模拟复制后的染色体（图4）。

2教学应用

2.1利用模型进行基本概念教学

2.1.1染色质和染色体

细胞未分裂时，染色质为细长的丝状（展示图1模型）。细胞分裂间期DNA复制，一个DNA分子复制成2个相同的DNA分子，仍连接在同一个着丝点上（展示图2模型）。为了便于遗传物质平均分配，在细胞分裂前期染色质会高度螺旋化为染色体（展示图4模型），在细胞分裂后期染色体后一份为二（展示图3模型），并且平均到两个子细胞，染色体解螺旋为染色质（图5）。这样使学生掌握：染色质和染色体本质上是相同的，只是在细胞分裂过程中存在时期不同，状态不同。

2.1.2同源染色体和非同源染色体

同源染色体是指形状和大小相同、一条来自父方，一条来自母方的两条染色体。图6中的染色体颜色不同代表来源不同，着丝点的位置以及着丝点两侧染色体臂的长短可以帮助学生判断染色体的性状。据此，学生很容易判断出1和2、3和4、5和6为同源染色体。在认识同源染色体的基础上，很容易判断出，除2号染色体外，1号染色体与其他染色体均为非同源染色体关系。教师进而要求学生列出图中所有的非同源染色体的分组情况，为后续的学习做铺垫。

2.1.3等位基因和非等位基因

等位基因是只控制相对性状的基因，往往位于同源染色体的相同位置上。假如一个细胞的基因型为AaBbEe，位于两对同源染色体上。标出部分基因（A、b、E）在染色体上的位置（图7A），要求学生标出其余基因在染色体上的位置，具体见图7B。根据上述结果，学生能清晰认识到非等位基因包括位于同源染色体上的非等位基因（如A/a和B/b）和位于非同源染色体上的非等位基因（如A/a和E/e）。

2.1.4联会和交叉互换

在减数第一次分裂前期，同源染色体两两配对的现象叫做联会（图8）。此时每条染色体都含有两条染色单体。因此，联会后的每对染色体都含有4条染色单体，称之四分体。四分体中的非姐妹染色单体之间经常发生交叉互换（图9）。

2.2利用模型进行核心概念教学

2.2.1有丝分裂教学

有丝分裂保证了遗传信息在亲代和子代细胞中的一致性。上课时，教师先请学生尝试对有丝分裂的过程作出假设。学生作出以下两种假设：

①染色体不复制，细胞直接分裂；

②染色体复制1次，细胞再分裂。

针对上述2种假设，学生分析哪种假设最有可能并阐述理由，最后师生达成共识——第二种假设更有科学道理。

之后，根据第二種假设，学生利用课前准备好的两对即4条染色体在课桌上演示染色体的动态变化过程。学生思考讨论演示的过程中，教师巡视、指导并参与讨论。教师提出问题：如何判断演示的过程是否正确？学生观察洋葱根尖有丝分裂永久装片，加以验证。最后师生形成共识，教师利用模型统一演示有丝分裂分裂过程。

教师要求学生根据模型描述有丝分裂各个时期的特征，体会有丝分裂如何保证遗传信息在亲代和子代细胞中的一致性。

2.2.2减数分裂教学

高等动植物普遍采用有性生殖的方式产生后代，即先产生精子和卵细胞，然后受精形成受精卵，由受精卵发育成新个体。教师提出问题：生物能否通过有丝分裂产生精子和卵细胞，然后受精形成受精卵？学生讨论分析得出结论：不可能，那样每繁殖一代，子代个体的细胞内的染色体数目都会增加一倍。教师告诉学生：因此生物学家魏斯曼理论上预测，精子和卵细胞成熟过程中，染色体数目会减少一半。受精时精子和卵细胞融合，恢复正常的染色体数目。这个假设并且得到其他生物学家证实。学生学习减数分裂概念。

根据减数分裂概念，利用自制的两对即4条染色体模型，在课桌上演示在形成精子或卵细胞的时候，染色体的动态变化过程。学生讨论、推理、演示减数分裂过程，教师巡视课堂、引导并参与小组讨论。经汇总，学生展示的模型大体分两种情况：

①着丝点先分离、染色体数目加倍，然后同源染色体相互分离；

②同源染色体先分离，姐妹染色单体再分离。

第一种情况可能是受有丝分裂知识的影响。究竟哪种情况更接近科学事实，仍然需要证据支持。教师引导学生观察蝗虫精巢、植物花药减数分裂永久装片，对各自假设加以验证。最后，学生归纳出统一的减数分裂过程模型。由于减数第一次分裂后期同源染色体相互分离，非同源染色体自由组合，实际学生还会在减数第一次分裂后期演示如图10B所示，最终会产生与图10A中不同的两种配子。

如果在图10中的两对同源染色体上各标注一对等位基因，结合减数分裂过程，即可帮助学生很好的理解和掌握基因的分离和自由组合定律的实质。

3教学反思

笔者通过引导、带领学生制作染色体模型，开展相关核心概念，突显概念的本质，从而使复杂的、抽象的生命现象或过程得到简化，也更加直观化。教师动态展示有丝分裂、减数分裂等过程，有利于学生理解和掌握染色体的行为和数量变化，帮助学生使知识系统化、规律化、形象化。适当利用模型进行探究学习时，教学达到事半功倍的效果。

教师以模型为载体，采用提出问题、做出假说、演绎推理、验证的科学探究模式开展教学，并设置不同的学习活动，充分调动学生思考、表达和动手能力，充分发挥学生课堂学习的主动性，提高学生的课堂参与度。学生在动手演示的过程中，生成一些“意外的”问题资源，经过教师恰当运用、解决，让课堂增添精彩和活力。