例谈“基因突变与交叉互换”中学生科学思维的培养

赵海丽 孔勇

在中学教学中，习题评讲课是一种十分重要的课型。但是当前的习题评讲课教学中存在着目标不明、就题讲题、逐题讲解、只讲不练等问题，结果教学效率低，教师身心疲惫，学生没有能更正错题，反复做，反复错。其中很重要的一个原因就是缺乏互动与巩固，学生的科学思维没有得到培养与锻炼，生物学学科核心素养的养成也就成为一句空谈。基于这些问题，笔者将学生科学思维的培养融合到“基因突变与交叉互换”的习题评讲课中，取得了比较好的效果。

1 正本溯源——从原理上挖掘两者的区别

一般来说，越相似的知识点学生越容易出错，而且一错再错。究其原因是对相应知识未从根本上寻找原因，囫囵吞枣。

【例1】图1表示基因型为AaBb的某哺乳动物产生配子过程中某一时期细胞分裂图，此细胞在形成过程中发生了____________.

（选填“基因突变”“交叉互换”“基因突变或交叉互换”）。

参考答案：“交叉互换”。

分析：针对此类问题，学生常常琢磨不透，有乱填答案的现象：有的给出“基因突变”的答案，有的给出“基因突变或交叉互换”的答案。这种现象实际上反应出学生中普遍存在的问题：即知识碎片化，缺乏系统性认识，没有形成知识体系。针对该现象，笔者在讲解这个问题时，并未就题讲题，讲完就算。而是采取“回顾概念——分析、归纳”的教学策略，帮助学生建立和完善知识体系。

I.I 回顾概念

教师引导学生回顾教科书中已经学过的概念。人教版教科书《必修2.遗传与进化》第五章“基因突变及其他变异”中提到基因突变是“DNA分子中发生碱基对的替换、增添和缺失，而引起的基因结构的改变”。基因突变可以发生在发育的任何时期，通常发生在DNA复制时期，即细胞分裂间期，包括有丝分裂间期和减数分裂间期。“另一种类型的基因重组发生在减数分裂形成四分体时期，位于同源染色体上的等位基因有时会随着非姐妹染色单体的交换而发生交换，导致染色单体上的基因重组。”

1.2 应用图表培养学生的形象思维

论语云“学而不思则罔。”学习的重点在于反复推敲，有时从一般现象中提炼出规律，有时又需要化抽象为形象。关于“基因突变与交叉互换”的概念辨析，教师可以借助于图表化解抽象概念，培养学生的形象思维。教师利用表1引导学生辨别基因突变与交叉呼唤，通过图2以杂合子Aa为例演绎细胞在分裂时所发生的基因突变和交叉互换的现象。

接着，教师以纯合子AA为例演绎细胞在分裂时所发生的基因突变和交叉互换的现象（图3）。杂合子Aa发生基因突变时有2种可能性：①A突变为a，则复制后细胞的基因型为Aaaa。如果这种突变发生在有丝分裂，则分裂期细胞的基因型仍为Aaaa;如果这种突变发生在减数分裂，则减数第一次分裂后的两个细胞的基因型分别为aa、Aa。②a突变为A，则复制后细胞的基因型为AAAa。如果这种突变发生在有丝分裂，则分裂期细胞的基因型仍为AAAa;如果这种突变发生在减数分裂，则减数第一次分裂后的两个细胞的基因型分别为AA、Aa。杂合子Aa未发生基因突变而发生交叉互换，则复制后细胞的基因型为AAaa，交叉互换后细胞的基因型仍然为AAaa。减数第一次分裂后的两个细胞的基因型均为Aa。

纯合子AA若发生基因突变，则复制后细胞的基因型为AAAa;若未发生基因突变而发生交叉互换，则复制后及交叉互换后细胞的基因型均为AAAA。

2 应用原理解决实际问题的策略研究

杂合子Aa无论是发生基因突变还是交叉互换，有一个共同点：即均会出现一条染色体的两条染色单体的基因型为Aa，这恰恰是学生的易错点。因此通过建表、建模等方式虽可以从根源上将两者区分开来，但并不代表学生就能应用原理解决实际问题。教师仍需引导学生从细胞分裂方式、基因型等角度灵活机智地区分“基因突变与交叉互换”，培养学生的逻辑推理能力。

（l）教师引导学生从基因型，区分基因突变与交叉互换，见表2。

这幅图的异常点是：染色单体分离后形成的两条染色体上的基因是B和b，究竟是基因突变还是交叉互换还是兼而有之，可以从基因型角度去思考。若基因型为BB或bb，则一定是复制时出现差错才导致染色单体上的基因不同，因此这种情况应为基因突变。若基因型为Bb，则可以从细胞分裂方式的角度加以区分。

（2）教师引导学生从细胞分裂方式，区分基因突变与交叉互换，如图4所示。

两幅图的共同异常点是：染色单体分离后的两条染色体上的基因分别为B和b。但左图为有丝分裂，交叉互换只会出现在减数分裂中，因此左图出现B与b的原因是：基因突变。右图是一个细胞的减数第二次分裂，且未出现与此同时形成的另一个细胞的分裂图，因此出现B与b的原因需要综合分析。

（3）教师引导学生比较减数分裂中的基因突变与交叉互换，如图5所示。

两幅图都是关于减数分裂，且都出现染色单体上的基因不同的现象，而且也未知个体原来的基因型，但是給出了同源染色体上的基因型。因此，教师可以以此为切入点，引导学生分析相关的基因型：左图中相关基因型为AAaa，由此可推测，左图原来基因型为Aa，复制时未发生差错，则复制后的基因型为AAaa，只是四分体时期发生了交叉互换。右图中相关基因型为Dddd，由此可推测原来基因型可能为Dd或dd，复制时出现了差错，前者基因D突变为d，或者d突变为D，则复制后的基因型为Dddd，故而出现这种现象的原因是基因突变。

3 结论和启示

随着我国学生发展核心素养体系的发布和高中课程标准的修订，核心素养成为深化高中课程改革的关键词。生物学学科核心素养的培养应该渗透到每一节课堂教学活动中，教师应该树立核心素养教育理念，利用各种教学手段、教学策略，巧妙设计课堂活动。科学探究和科学思维是高中生物核心素养重要构成部分。但在当前的习题评讲课教学中显得尤为欠缺，科学思维培养几乎成为理论空谈，很难落地生根。笔者以“基因突变与交叉互换”为例，通过回顾、分析、归纳的教学策略及应用原理解决实际问题的策略研究，系统地阐释了二者的区别，旨在引导学生探讨生命现象及规律，解决生物学社会议题，从而培养学生崇尚并形成科学思维的习惯。