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摘 要：文章以人教版普通高中生物学必修 2“遗传与进化”第 2 章第 1 节“减数分裂和受精作用”的教学内容为例， 选择科学家对减数分裂的观察和研究作为时间主线，以减数分裂行为特点作为逻辑思维主线。各环节以“假说演 绎”的思维模式，引导学生基于事实证据，运用推理归纳、模型建构和质疑批判等科学思维，深度构建“减数分 裂过程”这一重要概念，提升学生科学思维水平和探究能力，使学生形成进化与适应观。
关键词： 高中生物学,减数分裂,科学史,模型建构,深度教学
《普通高中生物学课程标准(2017 年版 2020 年修 订)》明确提出“生物课堂要注重生物科学史和科学 本质的学习”[1]。笔者发现， 教材中对于减数分裂本质、 联会、染色体行为规律等概念性知识 , 多以叙述的方式 直接呈现，与减数分裂有关的生物学史料内容呈现较 少。因此，笔者尝试在不增加课堂难度和教学容量的 基础上，适当补充减数分裂探究过程的科学史料，为 学生理解减数分裂概念性知识提供事实支撑，培养学 生的科学思维能力和探究能力。
在基于生物科学史的减数分裂教学过程中，学生 不仅要对细胞器、染色体等基本概念进行应用整合， 还 须对减数分裂概念模型、染色体数量变化模型进行主 动构建，深刻理解基因分离和自由组合导致后代多样 性的重要概念。这些要求都和深度学习理论契合，运 用深度学习理论进行本节课教学，既能引导学生重新 体验科学探究过程，又能促使学生将深度加工后提炼 的科学思维和探究能力迁移应用到真实情境下去解决 复杂问题。
一、教材分析及设计思路
本节课教学内容为人教版普通高中生物学必修 2“遗传与进化”第2章第 1 节“减数分裂和受精作用”第 1 课时。在本节课之前，学生已经具有细胞结构、细胞 增殖、遗传学基本规律等相关知识储备， 了解假说演绎、 归纳概括科学思维。本节课是帮助学生从染色体水平、 细胞水平进一步理解真核生物细胞核遗传信息的传递规律，认识有性生殖对生物进化的意义。减数分裂概 念以及减数分裂过程染色体数量和行为变化规律是本 节课的重点，染色体行为变化规律是本节课的难点。
二、教学目标设定
(一)体验探究历程，提升思维水平
教师引导学生质疑减数分裂次数、 DNA 复制时间、 染色体行为等环节，然后猜想、解释，补充史料和形 成主张，体验科学探究历程，提升科学思维水平，学 习科学家不懈努力和奉献科研的精神。
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二)完成模型构建，培养建模思维
教师引导学生运用材料(如扭扭棒、磁铁等)完 成减数分裂模型的构建，培养学生的建模思维，使学 生形成结构与功能观。
(三)加深意义理解，形成进化与适应观
通过对“减数分裂产生染色体减半，形成配子类 型多样”的学习，学生进一步结合受精作用使体细胞 染色体数目恢复的原理，理解减数分裂在生物进化和 物种多样性方面的重要意义，形成进化与适应观。
三、教学过程设计
(一)创设情境，问题导入
教师提前向学生收集“全家福”照片若干张，在 课堂上展示，引导学生思考：(1)父母与子女之间通 过什么细胞实现遗传物质传递?(2)这类细胞如果是 通过有丝分裂产生的，你能预测子一代儿女的染色体数 目吗?子二代呢?(3)大胆预测这类细胞内染色体数目有何特点?
师生总结：正如 1887 年德国生物学家魏斯曼 (A.Weismann)的大胆猜测， 在生殖细胞产生过程中， 必 然有一个特殊过程使染色体数目减少一半。
设计意图：通过生活中常见的“遗传”话题，激 发学生的学习兴趣和批判思维，使学生意识到细胞学 说中“细胞是通过分裂产生”具有多层含义。
(二)假说演绎，补充史料
第一，学生质疑：在产生生殖细胞的过程中，如 何实现染色体数目减半?
提出猜想， 小组讨论：猜想一，细胞直接分裂， 染 色体平均分给两个细胞，实现染色体数目减半;猜想 二， 减数分裂过程染色体复制 1 次， 细胞分裂 2 次， 实 现染色体数目减半;猜想三， 学生幽默地提出假说：染 色体复制 2 次，细胞分裂 4 次(甚至染色体复制 4 次，细 胞分裂 8 次，类似均有可能……)(见表 1)。
补充史料：① 1888 年，德国植物学家施特拉斯布 格(E. A. Strasburger)观察到百合花粉母细胞减数分 裂形成“四分孢子”;② 1887 年，德国生物学家鲍维 里(Boveri)发现马蛔虫经过减数分裂后产生 4 个细胞。
形成主张：学生对上述科学史和实验结果进行阅 读讨论后， 直观看到减数分裂结束产生 4 个子细胞， 即 得出减数分裂过程中染色体复制 1次，细胞分裂2次，实 现染色体数目减半的结论。
第二， 学生质疑：减数分裂过程染色体复制 1 次， 细胞分裂 2 次，那么染色体复制(实质为 DNA 复制) 出现在第几次细胞分裂间期呢?
提出猜想，模拟解释：猜想一，染色体复制出现 在第 1 次分裂间期;猜想二，染色体复制出现在第 2 次分裂间期(见表 2)。学生进行小组合作，运用扭扭 棒(中间的铁丝代表 DNA 分子，外层包裹的绒毛代表 蛋白质)模拟染色体。学生将扭扭棒围绕铅笔螺旋紧 密缠绕，代表高度螺旋化的染色体;将两根扭扭棒交 叉用磁铁环套住，代表复制后染色体。两个磁铁环相 互吸引，可以模拟同源染色体联会现象(见表 2)。
补充史料：①研究人员为使不同细胞分裂进程同 步化，使用 DNA 合成阻断剂，该试剂可以将细胞群阻断在 DNA 复制过程，而不影响其他时期细胞的正常分 裂。当去除该试剂后，细胞分裂正常进行。②研究人 员使用 DNA 合成阻断剂处理减数分裂的原始细胞，发 现大多数原始细胞无法进行细胞分裂。
形成主张：染色体复制出现在减数第一次分裂 间期，减数第二次分裂不进行 DNA 复制，即细胞核 DNA 数目减半发生在减数第二次分裂。
第三，学生质疑：当细胞中有多对染色体时，减 数第一次分裂和减数第二次分裂染色体行为相同吗?
提出猜想，模拟解释：如表 3.两种猜想均实现了 减数第一次分裂进行染色体复制，子细胞染色体数目 减半。如果要验证哪种假设成立，可对不同时期细胞 的染色体行为进行观察分析。补充史料：① 1891 年，德国生物学家亨金(H . Henking)在观察某种蝽的减数第一次分裂时，发现前 期染色体形成“环”状结构，每个环状结构由 2 个大 小相同的染色体配对构成(如图 1)[2] ;② 1901 年， 美 国生物学家蒙哥马利(T.H.Montgomery)观察到所 谓的“二价染色体”，即由母方和父方大小相同的染色 体结合形成，在减数第一次分裂时横向分离 [3]。形成主张：“二价染色体”和“环”都是由 2 个大 小相同染色体组成，根据这一现象，学生对自己猜想 进行质疑和修改，认同减数第一次分裂时大小相同的染色体分离，导致染色体数目减半，故猜想二正确。 师生趁热打铁，共同完善同源染色体、联会等基础概 念的学习。
第四，学生质疑：大小相同的同源染色体彼此分 开时，大小不同的染色体(即非同源染色体)如何分 配的呢?
提出猜想：某生物体细胞(2n-=4)，1 号和 2 号、 3 号和 4 号分别是一对同源染色体，其中 1 号、3 号染 色体来自父方;2 号、4 号来自母方。猜想一：1 和 2、 3 和 4 彼此分开， 将 1 和 3、2 和 4 分在一起;猜想二：1 和 2、3 和 4 彼此分开，将 1 和 4、2 和 3 分在一起; 猜想三：1 和 2、3 和 4 彼此分开，将 1 和 2、3 和 4 又 重新分在一起;猜想四： 1 和 2、3 和 4 彼此分开，4 条染色体任意组合均可。
补 充 史 料： ① 大 型 的 短 翅 昆 虫 —— 雄 蝗 虫 (2n=23. XO)体内性染色体只有一条 X 染色体，且 还有一对大小不等的同源染色体，记为 A 、a 。②美国 遗传学家萨顿(Sutton)观察统计超过 300 个雄蝗虫的 MⅠ后期的细胞，发现仅有的一条 X 染色体与 A 、a 组 合后，分到细胞同一极的比例接近 1∶1[4]。
形成主张：学生认同非同源染色体之间是随机组 合，猜想①②均可能发生。
第五，汇总每块拼图，构建概念模型。
师生共同回顾前面形成的主张：每个主张犹如减 数分裂过程的一块拼图，依照拼图内容，派学生代表 利用染色体(扭扭棒，含磁铁)构建减数分裂过程示 意图，其他小组补充、评价和完善。
构建概念模型：将构建的减数分裂物理模型和教 材中精子形成过程示意图进行比较，共同构建减数分 裂的概念模型，认同减数分裂本质，准确识记各个阶 段的细胞名称、数量和“精细胞变形”等内容。
视频展示， 完美契合：播放减数分裂动态微视频， 染 色体的行为“活灵活现”地展现出来，学生在惊奇和 赞叹中支持论证。
第六，科学情感升华，增强社会责任感。
从 1887 年魏斯曼预测减数分裂的存在，科学家开 启对减数分裂的深入研究，到 1913 年萨顿证实非同 源染色体自由组合，完成减数分裂的重要拼图，历经二十多年的艰辛探究，众多科学家基本达成对减数分 裂过程的共识。随着科学技术的不断进步，对减数分 裂的探索仍将继续进行。
四、课后延伸
在不考虑变异的情况下，从减数分裂染色体行为 的物理模型分析：1 个原始生殖细胞可产生几个配子， 有几种类型?以人体 23 对染色体为例，分析配子类型 和后代类型，使学生认识到生物的多样性，体现有性 生殖的优势，从生物进化的角度深度思考减数分裂的 意义，形成进化适应观。
五、教学反思
本节课补充了大量科学史材料，引导学生在“质 疑—提出猜想—补充资料—形成主张”的过程中构建 减数分裂的概念模型;通过扭扭棒和磁铁构建染色体 行为的物理模型，提升学生的参与度和动手能力;运 用模型，对减数分裂概念性知识进行深度思考和讨 论，有助于突破本节课的重点和难点，锻炼学生的科 学思维和实验探究论证能力。
六、结束语
基于生物科学史和构建构型的教学设计不仅要在 重现科学发现过程中创设探究情境，引导质疑批判， 拉近课堂与科研之间的距离，还要充分挖掘科学史中 的人文价值，既要关注求新、求真，也要关注育人、 育心。
参考文献
[1] 刘恩山,曹保义 .普通高中生物学课程标准解读 (2017年版2020年修订)[M].北京:高等教育出版 社,2020.
[2] 潘承湘.细胞减数分裂过程的阐明与H.Henking的 重大贡献[J].自然科学史研究.1985.4(4):377-390.
[3] 杨大祥.减数分裂的研究历史[J].生物学教学,2007. 32(1):6163.
[4] 全雪萍.昆虫细胞同步化及其对HGH表达影响的初 步研究[D].天津:南开大学,2002
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