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第2章 遗传与进化
第1节 遗传的细胞基础
一、内容标准说明
二、比较与建议
1．内容与分析
（1）普通高中生物课程标准(实验)与全日制普通高中生物教学大纲（2002年4月第1版）的不同之处
《标准》将教学大纲(试验修订版)的“生物的生殖和发育”的主要内容并入了“遗传和变异”模块中，作为本节的主要内容，其变化如下表。
普通高中生物课程标准(实验) 全日制普通高中生物教学大纲(2002年4月第1版)
具体内容和活动建议 水平要求 知识要点 教学要求
要求的变化 阐明细胞的减数分裂举例说明配子的形成过程 理解 减数分裂和配子的形成 应用（D）
增加 模拟分裂过程中染色体的变化 模仿
观察细胞的减数分裂 经历
搜集有关试管婴儿的资料，评价其意义及伦理问题 应用
删减 生殖的类型 识记（B）
生物的个体发育 知道（A）
（2）教学内容上的突出特点
本节内容主要是从细胞水平阐述生命的延续性，减数分裂是本章的重点和难点内容，由于其内容比较抽象、复杂，学生理解起来有一定的困难，因此在教学中教师应充分利用直观形象的教学手段，帮助学生理解减数分裂过程中染色体的动态变化过程。为此本节新增加了“观察细胞减数分裂的实验”、“模拟减数分裂过程中染色体的变化”等内容，其主要目的就是通过学生的动手操作，产生深刻的感性认识，由物理模型上升为抽象的概念模型和数学模型，从而进一步帮助学生对减数分裂本质的认识。
减数分裂是遗传规律的细胞学基础，内容的呈现可在孟德尔遗传规律之前，也可在孟德尔遗传规律之后。减数分裂的内容与《分子与细胞》中有关细胞增殖、有丝分裂的内容有联系。此外，选修模块涉及的避孕原理和方法、人工授精、试管婴儿等生殖技术，都是以减数分裂和受精作用为必要的知识基础。
通过增加“搜集有关试管婴儿的资料，评价其意义及伦理问题” 这一活动，引导学生主动参与学习过程，关注社会伦理、科技的发展，培养学生分析和处理科学信息、交流合作、批判性思维等能力。
2．教学建议
（1）由于本节内容比较抽象，难于理解，建议运用现代媒体与传统媒体优化组合的手段辅助教学，旨在帮助学生突破重点和难点。
（2）减数分裂过程的染色体行为比较复杂，有些是与有丝分裂相同的，如染色体的复制，姐妹染色单体的分离等，有些是减数分裂特有的，如四分体、联会、同源染色体分离、非同源染色体自由组合等等。对这些行为变化理解的程度将直接影响相关重要概念的掌握。因此要在认真复习、扎实掌握有丝分裂知识的基础上，与有丝分裂对比进行减数分裂的教学，并及时复习，便于突破难点。
（3）在学习减数分裂过程中，为了帮助学生更好的掌握分裂各个时期染色体行为的变化，教师可以利用多媒体动画、黑板画、指导学生动手操作等增加学生的感性认识，如“观察细胞减数分裂的实验”和“模拟减数分裂过程中染色体的变化”等。还可以让学生根据自己对分裂过程的理解，尝试绘制各个时期染色体变化的示意图，使学生通过亲自动手画一画，将感性认识内化为自主构建图象，深化学生对知识的理解和运用。
（4）教学中应充分鼓励学生开展自主探究和合作学习的方式获取知识，基于此，可适当安排学生小组合作学习的方式，如自主探究卵细胞的形成过程，比较两种性细胞形成过程的异同，自主构建模型等。
三、教学案例
案例1： 阐明细胞的减数分裂并模拟分裂过程中染色体的变化（2课时）
学习目标：B2.1.1 b、c、d、e ；B7.1.4 ； B7.2.1 ；B7.3.3 ；B7.3.8。
教师按照学生认识逻辑和科学发展顺序，首先引导学生学习了孟德尔的遗传规律，但是，学生产生了下列疑问：“遗传因子（基因）存在于细胞的什么位置？遗传因子（基因）为什么是成对存在的？这一对一对的遗传因子（等位基因）在细胞中是如何分离的？决定不同性状的遗传因子（等位基因）怎样自由组合？这些疑问让学生对进一步的学习产生了浓厚的兴趣，教师紧紧地抓住了这一教学良好契机，师生展开了有关减数分裂的学习活动。······
教学片断一：“联会、同源染色体、四分体”的概念学习
建议Ⅰ：通过教师、学生、模型（教师在黑板绘出的减数分裂中染色体行为变化图解）三方的交互对话，引导学生自主构建概念。
为了帮助学生比较和掌握同源染色体、联会、四分体概念的区别与联系，教师没有直接告诉学生概念的区别，而是在黑板上用不同颜色的笔绘出减数分裂中染色体行为变化（教师同时也在做模型构建的示范），就概念的生成展开了下面的一系列对话：
教师：在老师所画的图中，让长度相同、颜色不同的两条染色体配对代表什么？
学生：联会。
教师：我们下面要学习的一个概念是“同源染色体”，按照对字面的理解，你认为该怎么定义呢？
学生：来源相同的染色体。
教师：既然来源相同，那为什么配对的染色体要用两种颜色表示呢？
（学生思考、讨论）
学生：同源染色体不是指来源相同的染色体，而是指在减数分裂过程中配对联会的两条大小和形状相同的染色体，两种颜色分别代表一条来自父方，一条来自母方。
教师：大家对这样的定义有没有不同意见？
教师：配对的两条染色体大小和形状是不是绝对相同呢？是不是只有进行减数分裂的细胞在联会配对之后才出现同源染色体呢？
（教师演示受精作用课件、动画模拟精卵的结合过程以及受精卵中染色体组成，学生观察分析）
教师：受精卵中的染色体来源、形状和大小有什么特点？
学生：受精卵中的染色体一半来自父方、一半来自母方，形状和大小一般相同。
教师：那么，受精卵中的染色体是不是同源染色体呢？如果是的话，同源染色体概念的要素什么？
学生：①形状和大小一般相同；②一条来自父方，一条来自母方的两条染色体。
教师出示练习题：判断下列图片中ABCDE哪些图具有同源染色体？哪幅图片可以表示联会？D、E图中的染色体形态有何区别？说出理由。
练习题的迷惑程度较大，学生有很浓厚的兴趣，讨论也很热烈，教师引导学生总结出四分体概念。（联会后的每对同源染色体都含有两条姐妹染色单体，叫做四分体）。教师继续提问：E图共有几个四分体？每个四分体含有几对同源染色体？几个染色单体？以加深学生对四分体概念的理解。
在了解这三组概念后，教师让同学们回顾“基因的分离规律和基因的自由组合规律”的内容，让同学们思考、讨论和分析下列的问题：
①什么是等位基因？等位基因与同源染色体的行为有什么关系？
②符合基因自由规律的2对等位基因在同源染色体上应处于什么位置？能不能位于同一对同源染色体上？
师生共同思考、分析与交流，不断纠正存在的错误，加深学生对遗传的基本规律的理解及其在减数分裂知识中的应用。
（广州市第四中学 余英）
【研讨与反思】课程标准倡导“教学中应充分鼓励学生开展自主探究和合作学习的方式获取知识”，因此本课例通过学生辨图、识图，师生之间、师生与图解之间、师生与文本之间的对话逐层形成概念；采取图文的结合来理解掌握概念，设计活动促进学生参与学习过程；新旧知识联系引起学生的认知冲突，激发学生探究的欲望，引导学生学习概念时变被动为主动，通过比较、类比尝试自主建构新的概念。简洁明快的黑板画，既凸现了教师深厚的教学基本功，也为学生后续模型构建起到良好的示范作用。此过程，教师的引导和点拨起到了关键的作用。
教学片断二：阐明减数分裂过程中染色体的变化，形成减数分裂过程特征与孟德尔遗传规律的内在联系
建议Ⅱ：体验模型构建的方法，在模型构建的过程中掌握知识，提高能力
（1）通过构建物理模型，抽象出减数分裂过程中染色体变化的本质特征，解释同源染色体分离和等位基因分离的现象和规律。
背景：在第一模块的学习中，学生曾经以二条形态大小相同的染色体为例，绘制了染色体在有丝分裂各个时期的形态和行为变化图解（见图解1）。
师生共同回顾，教师展示图解1。
教师用课件展示精子形成过程的电脑动画，激发学生认知的欲望并提醒学生注意观察染色体行为的变化。
教师提出学习任务：请同学们观察教科书或黑板的挂图，以一对同源染色体为例，绘出减数分裂过程各时期染色体行为的变化。
引导学生阅读教科书或挂图的图解，学生分小组讨论并绘制图解，学生小组展示模型构建的成果，师生展开交流和研讨，师生共同对学生的模型进行修改、分析和评价，师生逐步归纳抽象出规范的物理模型(见图解2和图解3)。在此过程中，教师要不失时机地提出下列问题：
1 染色体是什么时候进行复制的？
2 同源染色体何时分离？
3 染色体数目减半发生在什么时期？
4 经过减数第一次分裂的子细胞有无姐妹染色单体？
5 减数第二次分裂过程染色体行为与有丝分裂有何异同？
6 在同源染色体上的相应位置标出1对等位基因（Aa），并思考该对等位基因何时发生分离？
师生讨论得出结论后，教师提出进一步学习的任务：请同学们比较分析图解，找出减数分裂过程中染色体和DNA数目变化的规律。
（2）建立减数分裂过程染色体和DNA数目规律变化的数学模型，理解染色体变化的本质特征，概述染色体、DNA数目规律变化的意义
以模型（图解）为切入点，师生共同构建减数分裂过程染色体和DNA数目规律变化的数学模型。
师生共同回顾有丝分裂中染色体、DNA在各个时期的数目变化（以染色体为2n的体细胞为例，见图解1）。
图解1
有丝分裂过程
染色体数目变化 2n 2n 2n 4n 2n
DNA数目变化 2N→4N 4N 4N 4N 4N→2N
师生共同探究减数分裂中染色体、DNA在各个时期的数目变化（以染色体为2n的体细胞为例，见图解2和图解3）。
图解2
减数第一次分裂过程
染色体数目变化 2n 2n 2n 2n n
DNA数目变化 2N→4N 4N 4N 4N 4N→2N
图解3
减数第二次分裂过程
染色体数目变化 n n 2n n
DNA数目变化 2N 2N 2N N
教师引导学生将上述数据转换成染色体、DNA数目变化的二维坐标柱状图或曲线图，并进行比较分析，进一步深化学生对数学模型的理解。
教师提出进一步学习的任务：若有两对等位基因，且符合孟德尔的自由组合定律，在减数分裂中等位基因是如何分离的？非等位基因又如何自由组合？请设计和制作具有两对同源染色体的减数分裂过程模型，标出两对等位基因在染色体的位置，并模拟非等位基因随非同源染色体而自由组合的情况。
（3）制作含两对同源染色体的细胞进行减数分裂的物理模型，解释非等位基因随非同源染色体而自由组合的现象和规律。
（学生在学习有丝分裂的内容时已经具备了制作细胞分裂模型的经验，因此，本模型制作的重点是帮助学生理解非同源染色体的自由组合和非等位基因的自由组合。）
模型建构的基本方法和要求：
①小组合作完成（两人一小组）；
②利用实验台上已有的材料（不同颜色的绳子、橡皮泥、剪刀等。提示：用绳子做染色体的臂，同色的橡皮泥做着丝点，标出两对等位基因Aa和Bb在染色体的位置）；
③注意模型的科学性，控制好时间。
学生通过实物投影展示自己的作品，其他小组的同学进行对比评价，教师点评，并引导学生共同完成下列表格：
初级性母细胞个数 同源染色体对数 子细胞类型
1个 1对 精子（ ）种；卵细胞（ ）种
多个 1对 （ ）种
1个 2对或n对 精子（ ）种；卵细胞（ ）种
多个 2对或n对 （ ）或（ ）种
教师点评时注意引导学生对比不同小组的作品，并根据非同源染色体组合情况的不同进行分类，重点帮助学生理解非同源染色体的自由组合，以及非等位基因随非同源染色体的自由组合而重组，加深对孟德尔遗传规律的认识。
············
【研讨与反思】课标明确指出让学生“掌握绘图技能”，由于细胞分裂知识内容以大量的图表形式来表达，因此，学习该部分知识内容为培养学生绘图技能的提供良好时机。学习有丝分裂的知识内容时，学生已掌握基本的绘图技巧，初步了解了有丝分裂染色体行为变化图解模型，有此基础就具备自主绘制减数分裂染色体行为变化图解模型的条件，也为制作减数分裂完整的物理模型做了铺垫。通过建立减数分裂物理模型的探究活动，学生初步了解了染色体数目的变化，教师可以在此基础上引导学生对物理模型进一步分析和归纳，形成染色体和DNA数目变化的曲线图，学生从中体验和学习了构建各类模型的过程与方法。
（广州市第三中学 周小洁；广东广雅中学 冯洁莲）
【点评】课标依据国际科学教育的发展，将模型和模型方法列入了课程目标。所谓“模型”是对原型本质特征的描述。模型方法是以研究模型来揭示原型的形态、特征和本质的方法，是逻辑方法的一种特有形式。一般可分为物理模型和数学模型两大类。
“现代遗传学的第一个逻辑起点是有性生殖细胞的形成和受精作用（特别是这些过程中染色体的变化）”。本案例以减数分裂中染色体变化这一重难点知识的学习为主线，以绘图和实物模拟制作的方式构建减数分裂过程染色体变化的物理模型，尝试通过建模活动找到突破重难点知识的方法和途径。模型构建加强化了学生对减数分裂过程染色体规律变化的观念和印象，为学生进一步获取系统知识确立了前提条件，通过引导学生对物理模型的分析对比、综合加工改造，从而建立染色体和DNA数目规律性变化的数学模型，达到对减数分裂本质深层次认识的目的，并运用模型来构建新的知识结构，使模型成为了学生认知结构的重要组成部分。
本案例以生命科学发展史为逻辑顺序，对课标要求的知识内容进行重组，从细胞的水平——减数分裂染色体和DNA规律变化中验证孟德尔假说的正确性，使孟德尔的遗传规律与现代遗传学形成有机的联系。
本案例体现了教师具有较强的创新能力和“用教材教”的新课程理念，并为在高中生物课堂教学中引入建模的理念和方法提供了借鉴。
本文主要从教师创设探究情景的角度，对生物概念的课堂教学展开了分析和研究，而创设情景的主要目的是引发学生的探究活动，尤其是思维探究的活动，教师必须对教学行进过程中学生因思维活跃以后迸发出的教学设计、教材外的资源，具有敏感性和重组的能力，实现师生积极、有效和高质量的多向互动。因此，教师除了在设计中要有"结构"意识和形成"弹性化"方案，在课堂教学过程中，教师更重要的是必须学会倾听，把注意力主要放在学生身上，要学会及时作出合适的应答，通过多向交互作用，推进教学过程。
李政涛先生在《倾听着的教育--论教师对学生的倾听》一文（《教育理论与实践》2000年第7期）第一段和最后一段写道：
“教育的过程是教育者与受教育者相互倾听与应答的过程。……倾听受教育者的叙说是教师的道德责任。”
“这样的倾听就是真正的倾听，它有效地改变教师的倾听方式，使他们从外在的听到内在的听，从抽象的听到具体的听，从观念的听到体验的听，……”
在教学过程中，教师不仅把学生看作"对象"、"主体"，还看作是教学"资源"的重要构成和生成者。关注学生在课堂活动中的状态，包括他们的学习兴趣、积极性、注意力、学习方法与思维方式、合作能力与质量、发表的意见、建议、观点，提出的问题与争论乃至错误的回答等等，无论是以言语，还是以行为、情绪方式的表达，都是教学过程中的生成性资源。教师要不断捕捉、判断、重组课堂教学中从学生那里涌现出来的各种各类信息，推进教学过程在具体情境中的动态生成。在深入研究教材、教参并进行教学设计的基础上，还要努力研究学生、倾听学生、发现学生，把学生在课堂中的活动、看作对教的过程的积极参与和教学过程创新的不可缺少的重要组成部分。实现教师在教学过程中的角色多样化：既是知识的"呈现者"、对话的"提问者"、学习的"指导者"、学业的"评价者"、纪律的"管理者"，更重要的是课堂教学过程中呈现出信息的"重组者"。
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