绍兴一中沈初见教学设计

　　浙科版“减数分裂中的染色体行为”教学设计

　　注：本设计已于《生物学通报》2009年第10期发表， 已获2011年浙江省高中生物教学设计评比三等奖，以此设计授课的课堂教学获绍兴市优质课评比二等奖。

　　绍兴市第一中学 沈初见

　　根据新课程理念，高中生物学教学重在培养学生的科学思维、科学方法、科学精神等生物学科学素养，因此，本节课以“科学猜想——模型建构——合作学习的自主探究学习方法”为设计理念，切实落实主体性教学，提高学生的探究能力，训练学生科学的思维方法。 1 课程教学分析

　　1.1 教材分析

　　1.1. 1 教材地位作用 减数分裂是生物的有性生殖、遗传和变异的细胞学基础。染色体是核内遗传物质的载体，染色体的形态结构在减数分裂过程中所表现的一系列有规律的变化，对于解释孟德尔定律以及认识生物的遗传和变异现象有着重要意义。本节教材在初步认识染色体形态结构和有丝分裂中的染色体行为变化的基础上，进一步认识染色体在细胞减数分裂过程中的变化规律。

　　1.1. 2 教学重点

　　1）染色体与同源染色体；

　　2）减数分裂过程中染色体的行为；

　　3）减数分裂模型的制作研究。

　　1.1. 3 教学难点

　　1）同源染色体、四分体等概念；

　　2）减数分裂过程中染色体的行为变化。

　　1.1. 4 教学策略 在减数分裂的过程中，关键是染色体的行为变化和数目的变化。可在已有知识（如有丝分裂）的基础上设置问题情境，结合实例探讨有性生殖过程中亲子代的染色体数目变化。

　　由于减数分裂是微观、动态、连续变化的过程，学生的认知有一定的困难，可通过多媒体课件，直观地展示变化的过程，丰富学生的感性认识，并结合教科书中减数分裂的过程图解，通过讨论列出减数分裂各个时期的特征，明确减数分裂过程中所涉及到的有关概念，如同源染色体、联会、四分体、交叉互换等.

　　在面对问题的解决过程中，采用观察、讨论、模拟实验等方式，师生共同分析讨论问题，最后形成对减数分裂中的染色体的行为、数目的变化的总体认识，为下一课时学习精子与卵细胞的产生和受精，以及最终学习遗传的染色体学说奠定基础。

　　1.2 学情分析 通过初中的学习，学生已知道，高等生物体都是由精卵细胞结合而成的一个受精卵发育而来的；另一方面通过模块1的学习，学生也已掌握了有丝分裂的过程，明确了有丝分裂过程中染色体的行为变化。这些均为减数分裂的学习创造了良好的条件。

　　1.3 目标陈述

　　1.3. 1 知识目标

　　1）阐明减数分裂的概念；

　　2）说明减数分裂过程中的染色体行为；

　　3）说明同源染色体、联会、四分体及交叉互换等概念；

　　4）比较减数分裂与有丝分裂的异同。

　　1.3. 2 能力目标

　　1）模拟减数分裂过程，尝试运用模型方式解决生物学问题；

　　2）对减数分裂过程中染色体行为变化进行猜测与分析，发展科学猜想的能力。 1

　　1.3. 3情感态度价值观

　　1）通过小组合作学习，使学生体会合作的力量，培养团体和合作的意识；

　　2）通过动手建立模型，使学生逐步认同建立模型是进行科学研究的重要方法。

　　2 课堂教学分析

　　2.1 教学模式与媒体选用 根据主体性教学目标，以“自主性、探究性、合作性”为学生学习的三个基本维度，以培养学生的科学素质为指导，以侧重科学方法教育为归宿，本节课采用“自主探究”教学模式（设疑导入→自主探索→归纳总结→拓展升华），融合讨论法、比较法、归纳法等多种教学方法，并配以多媒体辅助教学（包括动画《人的一生》、视频《减数分裂的发现》、动画《减数分裂过程中染色体行为变化》）和染色体模型制作活动，引导学生模拟科学探究过程，进行分析、讨论、归纳和总结。

　　2.2教学过程

　　2.2.1设疑导入

　　教师活动 [观看]动画1《人的一生》

　　[引入]通过刚才的动画，同学们已知道，高等生物体（如人）都是由精、卵细胞结合而成的一个受精卵发育而来的，已经学过的知识告诉我们，在此发育过程中，细胞增殖方式是哪种分裂方式？我们回忆一下有丝分裂过程中有关染色体的最主要特征是什么？精、卵细胞是不是也由父母亲的体细胞经有丝分裂而来，为什么？

　　设计意图 创设情景，设置疑问，激学导思，把学生注意力集中到染色体变化这个教学重点上。

　　学生活动 [讨论回答] 个体发育过程中，细胞增殖方式是有丝分裂。有丝分裂过程中有关染色体的最主要特征是染色体复制一次，均分一次，亲子代细胞染色体数目相同。

　　精、卵细胞不是由父母亲的体细胞经有丝分裂而来，因为若是有丝分裂而来，则精、卵细胞中的染色体数目应与体细胞的相同，当它们受精结合而成的产生子代时，含有的染色体数目会是亲本的两倍，到了子二代将是亲本的四倍，这是不可能的。

　　教师活动 [设疑]那么，精、卵细胞中的染色体数与亲代体细胞相比，应该呈怎样的数量关系才合理？

　　学生活动 [回答]精卵细胞中的染色体数目只有体细胞的一半。

　　教师活动 [过渡]我们可否推测：形成生殖细胞的细胞分裂方式一定不同于有丝分裂，那到底是如何分裂，才能造成精、卵细胞中染色体减半？

　　学生活动 [回答]是的。

　　2.2.2自主探索

　　教师活动 请同学们看一段视频，看看当时的科学家是否也产生过和你一样的疑问？

　　[观看]视频1《减数分裂的发现》

　　[指导]看来同学们的疑问与科学家一样，形成生殖细胞的细胞分裂到底如何进行，才能造成精、卵细胞中染色体减半？请同学们相互讨论，以四人小组为单位，提出猜想，用手中的染色体模型大致模拟你们所猜想的分裂过程，最后在黑板上演示，与其他同学分享你的猜想。 设计意图 让学生在减数分裂的内容学习之前，通过第1次模拟，对减数分裂过程的提出猜想，这种模拟实质是一个探究的过程。

　　教师活动[指导]工具袋的使用。

　　工具袋中有大红、大黄、小红、小黄纸质染色体各2个；大红、大黄、小红、小黄毛线段各2条，做染色质；彩色塑料钉4个，做着丝粒；长红粗线一段，做细胞膜；大头针10个，固定长红粗线；20cm40cm白色KT板1块，做底板。

　　[指导]同源染色体的概念

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　　这里我们准备了两对共四个染色体来表示原始生殖细胞中的染色体情况，其中大红和大黄两条染色体一对，小红和小黄两条染色体一对。我们规定：象这样，在细胞中形状和大小相同，一个来自父方，一个来自母方的（这里颜色不同）这一对染色体称为同源染色体，为什么同源染色体要这样规定？

　　学生活动 [讨论回答]因为原始生殖细胞也是由受精卵分裂分化过来，而受精卵是来自父方的精子与来自母方的卵细胞结合而成，原始生殖细胞中也就有了两套分别来自父方和母方的染色体，即同源染色体。其实凡是有性生殖的生物的体细胞中染色体都以同源染色体形式存在，如有丝分裂的细胞，每个时期均有同源染色体，只是不是整齐的两两配对排列而已。 设计意图 提前讲清同源染色体的概念，为猜想和模拟做准备。

　　教师活动 [提示]同学们可以从“这种细胞分裂结果，不仅染色体数目减少一半，而且必须保证每个子代细胞中的染色体形态大小和数目完全一致”的角度分析讨论分裂方式的可能性。 学生活动 [猜想和模拟]第1种可能：染色体不复制，细胞分裂1次，这样分裂后细胞中的染色体数目就减少了一半。

　　教师活动 若学生想到第1种可能，请学生到黑板上演示，演示可能是大红和大黄两条染色体分在一个子细胞，小红和小黄两条染色体分在一个子细胞；也可能是大红和小黄两条染色体分在一个子细胞，小红和大黄两条染色体分在一个子细胞。

　　[设疑]哪一种符合“不仅染色体数目减少一半，而且必须保证每个子代细胞中的染色体形态大小和数目完全一致”这种分裂结果？为什么？

　　学生活动 [讨论回答]可以确定是“大红和小黄两条染色体分在一个子细胞，小红和大黄两条染色体分在一个子细胞”比较合理。

　　因为如果是大红和大黄两条染色体分在一个子细胞，小红和小黄两条染色体分在一个子细胞，那么，考虑到，之后进行的精、卵细胞是随机结合受精的，万一大红和大黄两条染色体分在一起的精子细胞与大红和大黄两条染色体分在的卵细胞结合或大红和大黄两条染色体分在一起的精子细胞与小红和小黄两条染色体分在的卵细胞结合，那么形成的受精卵中的染色体的形态与亲代细胞中的染色体的形态将不相同，将使亲子代的遗传性状不稳定。 教师活动 [设疑]有没有其它分裂情况？

　　学生活动 [猜想和模拟]第2类可能，染色体复制1次，细胞分裂2次。

　　教师活动 [提示]若学生一下子想不到第2类可能，教师可提示，跟有丝分裂一样，一般的细胞分裂均有间期，间期主要进行染色体复制，但染色体数不增加，出现了姐妹染色单体以及DNA复制加倍的结果，那么这加倍的DNA数如何才能恢复到精、卵细胞中的DNA数？而DNA数只有经过细胞分裂才能减半。

　　学生活动 [回答]加倍的DNA数减半再减半。

　　教师活动 [设疑]所以可以推出合理的分裂还可以是怎样？

　　学生活动 [回答]染色体复制1次，细胞分裂2次。

　　教师活动 [设疑]那么这两次分裂是如何进行的呢？或者说这两次细胞分裂与染色体复制之间的合理顺序应如何？

　　[提示]其中的一次是着丝粒分裂，姐妹染色单体分开（利用细胞有丝分裂的知识），另一次是成对的同源染色体的分开（注：②中的细胞第2次分裂，分开的不是同源染色体）。 学生活动 [猜想和模拟]两次细胞分裂与染色体复制之间的合理顺序可能有以下3种：

　　①染色体复制—细胞分裂第1次(着丝粒不分裂，同源染色体分开，染色体数目减半)—细胞分裂第2次(着丝粒分裂，姐妹染色单体分开，染色体数目不变)。

　　②染色体复制—细胞分裂第1次(着丝粒分裂，姐妹染色单体分开，染色体数目不变)—细胞第2次分裂(染色体数目减半)。

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　　③细胞分裂第1次(着丝粒不分裂，同源染色体分开，染色体数目减半)—染色体复制—细胞第2次分裂(着丝粒分裂，姐妹染色单体分开，染色体数目不变)。

　　教师活动 [设疑]通过分析，以上四种方式在理论上都成立，但都符合实际吗？

　　[观察并思考] 请同学们仔细观察蝗虫形成精子的减数分裂过程的显微图片，并结合课本图2-4减数分裂过程的插图，思考：哪一种猜想正确？

　　学生活动 [回答]②“染色体复制—细胞分裂第1次—细胞分裂第2次”的猜想正确。

　　设计意图 使学生明白，符合理论的猜想并不一定符合实际，需要靠事实或实验来实证，证明正确的猜想才可获得结论，这也是科学探究必经阶段。

　　2.2.3归纳总结

　　教师活动[指导]在上述基础上，请同学们总结出“减数分裂”的概念、特点、阶段。

　　学生活动 [回答]“减数分裂”的概念：减数分裂是一种特殊的有丝分裂形式，是有性生殖的原始生殖细胞（如动物的精原细胞或卵原细胞）成为成熟生殖细胞（精、卵细胞即配子）过程中必须经历的。

　　“减数分裂”的特点：染色体只复制一次，细胞经过两次连续的分裂，因此生殖细胞内的染色体数目为体细胞的一半。

　　“减数分裂”的阶段：根据染色体的变化特征，减数分裂包括间期、第一次分裂（MⅠ）、第二次分裂（MⅡ）三个阶段。

　　设计意图 点出“减数分裂”的概念、特点、阶段，是为了使学生在下面的学习中能够更好地把握要点。

　　教师活动 [观看]视频2《减数分裂的过程》。

　　[指导]观看同时，请同学们关注：染色体的复制发生在什么时候？减数发生在什么时候？在2次分裂中染色体发生了怎样的变化？

　　学生活动 [回答]染色体的复制发生在第一次分裂前的间期。减数发生在第一次分裂。第一次分裂同源染色体分离，第二次分裂姐妹染色单体分开。

　　设计意图 通过观看视频2，使学生对减数分裂有感性的认识，明确整个过程是一个连续的变化。之后的学习，紧紧围绕指导中的问题展开。

　　教师活动 [过渡]通过以上过程，同学们对减数分裂的过程已有了一个概括性的了解，那么它具体的每一个阶段是怎么进行的呢？请同学们阅读教材，仔细观察教材插图，阅读和观察中应注意几点：1）分辨清楚染色体、同源染色体、染色单体、四分体、联会、交叉互换等概念的区别；2)观察各时期的特征，要抓住染色体的行为变化以及细胞的形态结构特点；3)注意到细胞分裂过程中的各种变化都与染色体的行为变化相适应的；4)注意各时期分裂特点与有丝分裂的区别，明确减数分裂是一种特殊方式的有丝分裂。然后我们共同结合分步动画演示，着重分析和小结本课主旨：减数分裂各时期中的染色体行为变化特点。

　　设计意图 请同学们在老师讲析前，先阅读教材，仔细观察教材插图并提醒注意，有利于学生把握本课主旨：减数分裂各时期中的染色体行为变化特点。

　　教师活动[观察]动画分步演示减数分裂过程。

　　设计意图 动画分步演示减数分裂过程，给学生更形象直观的认识。

　　教师活动 [指导]各个时期，染色体行为上主要有哪些变化？

　　间期：细胞体积略微增大，染色体复制

　　减数第一次分裂（MⅠ）：

　　1）前期Ⅰ：联会（同源染色体两两配对）、四分体（每对联会的同源染色体含四条染色单体）、交叉互换（每对同源染色体中的非姐妹染色单体之间常发生染色体片段的交换） 交叉互换使染色体上的基因发生重组，增加了减数分裂产生配子的种类，具有很重要的遗传学意义，这部分内容，我们将在第四章第一节基因重组中仔细讲解。

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　　2）中期Ⅰ：同源染色体排列在赤道面的上，着丝粒与纺锤丝相连。

　　3）后期Ⅰ：在纺锤丝牵引下，同源染色体分离向两极移动，非同源染色体自由组合，细胞的两极都只能得到各对同源染色体中的一条染色体。

　　4）末期Ⅰ：形成两个子细胞，每个细胞中染色体数目减半，每个染色体具两条染色单体。 减数第二次分裂（MⅡ）：除没有同源染色体外，其余染色体行为变化特征与有丝分裂分裂期相同。

　　1）前期Ⅱ：染色体散乱分布于细胞中，每个染色体具两条染色单体。

　　2）中期Ⅱ：染色体着丝粒排列在赤道面上。

　　3）后期Ⅱ：着丝粒一分为二，姐妹染色单体分离，成为两套染色体，在纺锤丝牵引下移向两极。

　　4）末期Ⅱ：两个子细胞各自分裂，最终形成4个子细胞，每个子细胞中的染色体数是原始生殖细胞（性母细胞）的一半。

　　学生活动 [讨论回答]各个时期染色体行为特征。

　　设计意图 通过观察讨论提出自己的观点，利于提高学生的观察能力、分析问题、解决问题的能力和交流、表达能力。使学生勇于参与，积极思维，促进思维能力的发展。

　　2.2.4拓展升华

　　教师活动 [指导]通过刚才的动画分步演示及讨论，我们对减数分裂过程的全过程，特别是各个时期染色体行为变化有了更深入的理解，在此基础上，请同学们以四人小组为单位，再次进行减数分裂过程的模型构建。在此过程中请特别注意：对染色体的复制，减数第1次分裂过程中同源染色体的联会、互换以及分离，非同源染色体的随机组合，以及减数第2次分裂过程中染色单体的分开等过程都应模拟清晰。

　　学生活动 [模拟] 再次进行减数分裂过程的模型构建。

　　设计意图 第2次模拟是建立在学生已认识减数分裂的基础上进行的，其目的主要是进一步加深对减数分裂过程的理解，为生物的遗传与变异现象的解释奠定基础。

　　教师活动[指导]整个过程模拟后，请同学们选择黑板上所示的其中一个时期，将其在模拟板上固定，并派一人拿到前台展示，与其他同学分享你们的模拟成果，并请展示的同学介绍此时期染色体行为变化的特征。

　　[提示]请各组代表同时上台，一字排开后，请台下若干同学帮其排序。若出现同时期有多幅图，可请其他同学比较分析，并说出各细胞之间的来源关系。

　　学生活动 [展示] 展示模型构建成果，并介绍此时期染色体行为变化的特征。

　　设计意图 前后两次建模活动，使学生体会建立模型是解决问题的科学方法之一，培养学生勇于探索、克服困难、合作研究等科学素质。

　　教师活动 [师生共同小结]本节课我们一起学习了一种特殊的有丝分裂形式—减数分裂，它是有性生殖的原始生殖细胞（如动物的精原细胞或卵原细胞）成为成熟生殖细胞（精、卵细胞即配子）过程中必须经历的。

　　我们尝试了通过小组合作，用猜想和模型建构的方法来学习这一知识，充分理解了：1）“减数分裂”的染色体行为变化的特点：染色体只复制一次，细胞经过两次连续的分裂；2） “减数分裂”的阶段：根据染色体的变化特征，减数分裂包括间期、第一次分裂（MⅠ）、第二次分裂（MⅡ）三个阶段，其中，间期的特征是：染色体的复制，减数第一次分裂的特征是：同源染色体分离，减数第二次分裂的特征是：姐妹染色单体分开；3）“减数分裂”的结果：一个性母细胞形成4个子细胞，每个子细胞内的染色体数目减半。

　　同学们在猜想和模型建构的活动中表现很好，感受到了它给我们带来的快乐，希望同学们在今后的学习生活中多多尝试。

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　　下节课我们将在简述染色体形态、结构的基础上，以哺乳动物为例，从细胞的形态、种类、数量等角度，讲述精子、卵细胞的产生和受精过程。

　　[布置练习思考（作业）] 人的体细胞中有23对同源染色体，其中第1号—第22号是常染色体，第23号是性染色体。现有一个21三体综合症患者，他的体细胞中有三条21号染色体，其双亲均正常，请你从减数分裂角度，解释这一患者出现的原因？

　　设计意图 师生共同回顾小结，概括知识，激励学生，并预先告知下一课时内容，请学生做好预习。

　　2.3课后分析

　　德国一位学者有个精辟的比喻：“将15g盐放在你的面前，无论如何你都难以下咽。但将15g盐放入一碗美味可口的汤中，你早就在享用佳肴时将15g盐全部吃下了”。盐需融入汤中才能被吸收，重点、难点知识需融入好的教学方法，才能达到理想的效果。

　　本设计最大的特点是教师引导学生在产生“形成生殖细胞的细胞分裂到底如何进行，才能造成精、卵细胞中染色体减半”的疑问基础上，学生以四人小组为单位，自主提出“染色体行为变化”的猜想，用手中的染色体模型大致模拟他们所猜想的分裂过程，最后在黑板上演示，同学之间相互分享猜想成果。此过程紧密渗透“科学猜想——模型建构——合作学习的自主探究学习”的新课程理念，使全体学生置身于探索科学现象，发现科学规律的活动中，顺着科学的思路和方法去感知、去思索，在不知不觉中领略科学知识的真谛，使学生自己唱了回主角。学生在不知不觉之间，尝到了“汤中之盐”！

　　通过对这一节课教学的反思，我得到了这样的认识：1）本节课学生参与性强，始终处于动脑，动眼，动手，动口的状态，充分发挥了学生的主体作用，圆满完成认知过程；2）某些生物学的名词和概念教学可以放在学生的学习活动过程中去学习、体会和掌握；3）要教会学生怎样学，关键是要让学生自己掌握学习的主动权；4）教师必须想方设法让学生动起来，只有让学生动起来，学生的思维才活跃起来；5）一节课的教学活动，教师要设计好让学生进行怎样的有效的思维活动（问题串），以及尽可能地对可能出现的想法、行为，作出预测，才可“知己知彼”，使课堂效果顺利生成。

　　主要参考文献

　　1 操明权.“建立减数分裂染色体变化的模型”的4种建构方法.生物学通报,2007,12:35-36. 2 林祖荣. “遗传的细胞基础”的教学思考与探讨. 生物学通报,2007,1:28-30.

　　3 武晓东. “减数分裂”备考复习的教学设计. 生物学通报,2007,2:43-45.

　　4 孙淑伟. “减数分裂与精子的形成”的教学设计. 生物学通报,2007,2:39-40.

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