以核心概念为中心建构“细胞增殖”专题知识的案例分析

何淑珠

(福建省漳州市第三中学 363000)

细胞增殖(主要指有丝分裂、减数分裂)是高中生物学教学的重点和难点，如何让学生对已学的知识进行系统回顾，厘清细胞增殖与遗传变异的关系，成为高三复习亟待解决的问题。核心概念是学科结构的主干部分，展现了当代学科图景，围绕核心概念进行课堂教学已成为优质课堂的主要特征之一。模型建构是一种重要的科学方法，建模思维和建模能力是学生必备的科学素质，生物模型建构主要包括物理模型、概念模型和数学模型等。在专题复习中，应用模型建构和典型例题，围绕核心概念来组织教学，将有助于学生对遗传学知识的深入理解和迁移应用，提高学生的学科能力[1]。

1 “细胞增殖”专题的学习要求及核心概念

在课程标准中对“细胞增殖”的学习要求是理解水平，即能概述细胞的有丝分裂过程，阐明细胞的减数分裂并模拟分裂过程染色体的变化，举例说明配子的形成过程和动物的受精过程[2]。由于细胞增殖与遗传变异、育种等紧密联系，因此本专题是高中生物学复习的重点和难点。考查的方式主要是借助一定的情境，以细胞分裂图像、坐标图、文字信息等考查对细胞增殖过程及差异性的判断，不同变异类型(基因突变、染色体变异)出现原因的分析等。

“细胞增殖”专题的核心概念是：在进行有性生殖的生物体中，遗传信息由亲代向子代的传递通过雄配子和雌配子完成；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；当一个细胞中的基因发生改变，改变了的基因可被传递到由这个细胞分裂产生的细胞中；只有发生在生殖细胞中的基因突变才可能传给子代[3]。

2 建构模型，深入理解“细胞增殖”专题的核心概念

有丝分裂和减数分裂的过程中染色体和DNA的变化是本专题教学的重点和难点。通过模型建构，对相关知识进行整合，形成对细胞增殖核心概念的深入理解。

2.1 建构细胞有丝分裂和减数分裂过程中染色体和DNA数量变化的模型 根据曲线变化的数学模型和细胞分裂图像的物理模型(图1)，通过分析细胞增殖过程中相关成分的数量变化及成因，判断细胞增殖的方式和时期，厘清细胞增殖与遗传变异的关系。

图1 细胞有丝分裂和减数分裂过程中染色体和DNA的数量变化图

2.1.1 判断细胞增殖的方式和时期，巩固对有丝分裂和减数分裂概念的理解 有丝分裂是真核生物进行细胞分裂的主要方式，有丝分裂将亲代细胞的染色体经过复制之后，精确地平均分配到两个子细胞中，在细胞的亲代和子代之间保持了遗传性状的稳定性。减数分裂是进行有性生殖的生物，在产生成熟生殖细胞时进行染色体数目减半的细胞分裂。在减数分裂过程中，染色体只复制一次，而细胞分裂两次。减数分裂的结果是：成熟生殖细胞中的染色体数目比原始生殖细胞的减少一半。

2.1.2 通过分析减数第一次分裂过程中染色体的行为变化，厘清减数分裂与遗传的关系 具体见图2。

图2 减数分裂与遗传的关系

2.1.3 通过比较生物可遗传变异的三大来源，厘清有丝分裂和减数分裂与可遗传变异的关系 具体见表1。

表1 细胞分裂与遗传变异的关系

2.2 建构有丝分裂、减数分裂及受精过程中染色体和DNA数量变化规律的模型 有丝分裂将亲代细胞的染色体经过复制之后，精确地平均分配到两个子细胞中，在细胞的亲代和子代之间保持了遗传性状的稳定性；减数分裂和受精作用对于维持每种生物前后代体细胞中染色体数目的恒定，对于生物的遗传和变异都具有重要作用。

图3 细胞有丝分裂和减数分裂及受精过程中染色体和DNA数量变化图

通过对图1、图3模型的分析，加深理解核心概念：①在进行有性生殖的生物体中，遗传信息由亲代向子代的传递通过雄配子和雌配子完成；②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；③当一个细胞中的基因发生改变，改变了的基因可被传递到由这个细胞分裂产生的细胞中；④只有发生在生殖细胞中的基因突变才可能传给子代。

3 模型建构与典型例题结合，对“细胞增殖”专题核心概念的迁移运用

3.1 减数分裂中染色体的异常行为 结合分析异常配子基因型的成因，理解“在进行有性生殖的生物体中，遗传信息由亲代向子代的传递通过雄配子和雌配子完成”这一核心概念。

例1 一个基因型为AaXbY的雄果蝇经减数分裂产生了甲、乙两个异常精细胞，精细胞甲的基因和性染色体组成为aYY，精细胞乙的基因和性染色体组成为AXbY。下列叙述不正确的是( C )

A．精细胞甲和精细胞乙不可能来自同一个初级精母细胞

B．与精细胞乙同时形成的另外三个精细胞都是异常精细胞

C．精细胞甲形成的原因是染色体在减数第二次分裂前多复制一次

D．精细胞乙形成的原因是X和Y 染色体在减数第一次分裂过程中未分离

图4 细胞减数分裂过程中染色体和DNA数量变化图

指导学生建构图4所示的模型，依题分析可知：精细胞甲的基因和性染色体组成为aYY，说明在减数第二次分裂后期着丝点分裂后，两条Y染色体移向细胞的同一极，而不是染色体多复制一次；精细胞乙的基因和性染色体组成为AXbY，说明在减数第一次分裂后期，同源染色体X和Y没有分离，移向细胞的同一级；精细胞甲和精细胞乙在减数分裂过程中发生的染色体异常行为不同，不可能来自同一个初级精母细胞；与精细胞乙同时形成的另外三个精细胞都是异常精细胞，其基因和性染色体组成分别为AXbY，a，a。

3.2 细胞分裂与遗传变异的关系 结合细胞分裂图像和图示信息进行分析，理解“在进行有性生殖的生物体中，遗传信息由亲代向子代的传递通过雄配子和雌配子完成；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。”等核心概念。

例2 (2015天津理综)低温诱导可使二倍体草鱼卵原细胞在减数第一次分裂时不形成纺锤体，从而产生染色体数目加倍的卵细胞，此卵细胞与精子结合发育成三倍体草鱼胚胎。上述过程中产生下列四种细胞，下图所示四种细胞的染色体行为(以二倍体草鱼体细胞含两对同源染色体为例)可出现的是( B )

通过分析细胞分裂图像和图示信息可知：由于草鱼卵原细胞在减数第一次分裂时不形成纺锤体，初级卵母细胞不会发生同源染色体的分离；形成的次级卵母细胞含有同源染色体，在减数第二次分裂后期应含有8条染色体；次级卵母细胞正常进行减数第二次分裂，产生的卵细胞含有4条同源染色体；此卵细胞与精子结合发育成三倍体草鱼胚胎，胚胎细胞在有丝分裂中期应有6条染色体，3个染色体组(每一形态的染色体有3条)。

(基金项目：2015年福建省中青年教师教育科研项目课题“模型建构在高中遗传学核心概念教学中的案例研究”，项目编号：JAS151468，福建教育学院资助)