对高中生物教材中一个“思维训练”栏目的思考与探究

【摘要】高中生物学的教材被视为普通高中生物学教育教学的中心内容，它不仅是新课程标准的直接展现，也是高考的主要参考资料。在日常的高中生物课程的教育教学过程中，如何有效地指导学生运用教材、确保教材的质量并使其生动有趣，是一个至关重要的部分。这篇文章是以高中生物学课本中的必修二内容中的遗传稳定性和多样性的“思维训练”为研究对象，进行了深入的思考和探索，并对这部分内容在高考中的呈现情况进行了分析，期望学生掌握其中的要点，做到能够举一反三，并理解知识之间的联系达到对教材的重视。【关键词】生物学教材；“思维训练”；高考；探究随着新高考的到来，生物学科对培养学生的核心素养发生了很大的变化，对学生学习生物的能力也要求更高。就必修二而言，以前旧教材旧高考要求学生通过掌握遗传学定律，能对具体的遗传病进行分析、计算并具备一定的逻辑推理能力。而新教材更多的要求学生能根据真实情境提出问题、设计并实施可行的方案，或对已存在的方案进行可能性评价等，对学生的能力要求更多。[1]所以，新高考中的高中生物课堂除了教授课本中的重难点知识外，还应利用能启发学生思考的“思维训练”等板块，引导学生逐步建立教材前后知识点之间的联系，并能准确分析表述，达到启迪思维的目的，为学生进一步的学习遗传学等内容奠定基础。一、教材实例呈现教材必修二第27页的“思维训练”每一种生物在繁衍过程中，既保持遗传的稳定性，又表现出遗传的多样性。试从配子形成和受精作用两个方面，分别对遗传的稳定性与多样性的原因进行综合概括，并用尽量简练的语言表述出来（填写在下表空格内）。这个内容是在人教版（2019）必修二第2章第1节“减数分裂与受精作用”教材内容结束后的一个“思维训练”，要求学生要从配子生成和受精两个维度出发，对遗传的稳定性和多样性背后的原因进行全面的总结和阐述，主要是为了考查学生本节所学的减数分裂过程中染色体的行为、配子的种类、受精作用等有关知识。但在课程中，除了要让学生回顾本节“减数分裂与受精作用”的内容以外，还可在课堂的延伸中提升学生综合运用知识来解决问题的能力，所以该思维训练还可与可遗传变异、单倍体、配子致死、合子致死以及育种等知识相结合，分析可遗传变异中新基因的产生以及染色体异常等所导致的遗传多样性。二、对遗传稳定性的分析在本章通过详细描述减数分裂和受精的过程，我们旨在教导学生如何掌握“进行有性生殖的生物体在亲子代的遗传过程中是亲本通过减数分裂产生染色体数目减半的配子，再受精来维持亲子代间遗传物质的稳定性，进而维持亲子代性状的稳定性”，深入了解有性生殖的意义。（一）配子形成在减数分裂过程中，因减数第一次分裂后期细胞中的同源染色体分离，着丝粒没有分裂，使得减数分裂Ⅰ形成的子细胞的染色体数目减半，减数分裂Ⅱ过程与有丝分裂的染色体行为相同，进而使所生成的配子中的染色体量减少一半，并确保每一个配子里的染色体都是由一组非同源染色体组成的（二倍体为例）。配子的形成是亲代原始生殖细胞核遗传物质的平均分配，是保证了亲子代遗传物质的稳定遗传的前提。（二）受精作用经以上减数分裂所形成的配子经受精过程，使受精卵中的染色体又恢复到该种生物体细胞中的数目，核遗传物质一半来自卵细胞，一半来自精子。生物体的大多数性状是由染色体上的遗传物质所控制的，因此，亲子代染色体的数量保持稳定是维持了遗传的稳定性的关键。三、对遗传多样性的分析生物体在亲子代之间遗传的过程中，自身会出现不同类型的变异或者受环境因素的影响使遗传物质的遗传受到影响，进而性状上也发生了改变。在课堂中，引导学生逆向思维分析，哪些原因可能导致亲子代之间性状的不同，根本原因可能是什么，要求学生答出可能的原因，并对各个原因进行分析，来理解相同的双亲其子代间出现差异的根本原因。（一）配子形成在配子形成的过程中，因减数分裂过程中染色体行为的特殊性，使得配子多样性的产生方式在高中教材中有较多体现。在本文中优先分析本章节教材减数分裂过程中出现的配子多样性的形成，再分析异常情况导致配子出现差异或配子比出现不同的情况。1.染色体互换。在减数分裂Ⅰ前期，原本分散的同源染色体开始两两配对并形成四分体，四分体中的非姐妹染色单体之间常常发生缠绕，交换相应片段，使原来不能进入同一配子中的核基因实现重组，且该基因重组可发生在同源染色体联会部分的任何位点上。且该变异是在该时期随机发生，可产生较多类型的配子，以提高配子的遗传多样性。2.非同源染色体自由组合。在减数分裂Ⅰ后期染色体的行为中没有着丝粒分裂，仅有同源染色体分离，非同源染色体自由组合使得配子中染色体的组合呈现出多样性，进而产生不同基因型的配子。由于在有性生殖配子形成过程中非同源染色体的自由组合一定会发生，使后代产生了丰富的遗传变异，从而提高了生物对环境的适应能力。3.基因突变。基因突变可发生于所有生物体内，具有随机性和不定向性等特点。所以，引导学生讨论一个AABb个体产生的配子中出现aB/ab配子可能的原因时，结合基因突变的概念，可发生于减数分裂过程的任何时期，也可发生于原始生殖细胞进行减数分裂过程或者精原干细胞增殖分化过程等，并进一步引导，A只能突变为a吗？突变后的等位基因还可以发生基因重组吗？从基因突变的不定向性角度展现遗传的多样性。4.染色体变异。染色体变异导致的配子遗传多样性可由个别染色体片段的缺失、重复、易位或倒位及染色体数目的变化等情况而出现新的遗传物质组成的配子。染色体结构变异的机制是在染色体水平上的断裂后的异常重排，染色体的结构变异并不仅发生于减数分裂过程，但有染色体结构变异的原始生殖细胞，部分是可以进行减数分裂，进而形成异常配子。对于配子中个别染色体的数目变化，还需学生对减数分裂哪些时期可能导致这些变异作出描述，分析变异的具体时期，以及可能产生的异常配子的比例等，以强化对减数分裂过程的理解。对于基因突变或者染色体变异所引起的配子遗传多样性的变化，可能会增加生物新的性状，也可能导致配子致死而改变子代合子多样性的比例。（二）受精作用1.雌雄配子的随机结合。由于经过减数分裂所形成的精子与卵细胞在受精过程中的结合是随机的，所以增加了受精卵的种类，进而增加了遗传多样性。这样的多样性更有利于生物对自然环境的适应。结合上述配子形成过程中所体现的遗传多样性，在受精过程中进一步使得生物之间呈现不同。2.单倍体生物。自然界部分特殊种群（如蜜蜂）的部分卵细胞不参与受精过程，而呈现出单倍体个体。这样的自然种群中，亲本是二倍体的母本，单倍体的父本，母本经正常的减数分裂过程产生多种多样的配子，父本进行假减数分裂产生同自己相同基因型的精子，子代雄蜂的遗传物质同母本的配子类型而呈现多样性，子代雌蜂包括蜂王和工蜂均可能有不同的基因型。这样的遗传，增加了该种群内的生物类型，使子代的基因型更多种多样。3.致死遗传。部分经基因突变产生的等位基因，导致配子不能受精或在受精之后可能使生物体、细胞不能存活，而致死的作用可发生在个体发育的各个时期。基因突变导致的胚胎或个体致死有隐性致死基因和显性致死基因，其中比如显性致死基因在生物体生命早期起作用，导致携带它们的个体死亡，这类致死基因在当代就会在该群体中消失，隐性致死基因因可以形成杂合子而隐蔽地传给下一代，使得子代的遗传多样性发生改变。同样，在染色体的结构变异或者数目变异的类型中，在生物的胚胎发育过程中或者幼体早期均有导致死亡而改变子代的遗传多样性的情况。四、对接高考减数分裂过程是遗传的基础，将减数分裂与遗传、变异相结合是高考的关键考查点。结合高中的学习内容，本文从多个角度对配子、受精过程和变异进行深入分析，这对于提高学生的思考能力、建立知识的联系以及构建思维导图都具有重要意义，正如本文所阐述的对配子与受精作用过程中的稳定性和多样性相关内容的题侧重遗传变异对遗传多样性的考查。在理解了减数分裂和受精作用对遗传多样性的影响后，学生可以进一步掌握如何将这些概念应用于解决实际问题。[2-3]例如，通过分析题目的解题过程，学生可以学会如何根据配子的形成和受精过程来预测子代的基因型和表型比例。这种分析能力对于学生理解遗传学的基本原理至关重要，也是生物学教育中培养学生科学思维和解决问题能力的重要环节。此外，通过研究不同生物的受精机制，学生可以了解到生物多样性的另一个层面。例如，单倍体生物的受精过程与二倍体生物存在显著差异，这不仅影响了遗传多样性，还可能影响种群的生存策略和进化路径。通过学习这些内容，学生能够更全面地理解生物多样性的重要性以及生物适应环境的复杂性。最后，通过分析致死遗传现象，学生可以认识到基因突变和染色体变异对生物个体和种群可能产生的深远影响。这不仅有助于学生理解自然选择和进化的过程，还能够激发他们对生物科学的兴趣和好奇心，为未来可能的生物学研究或相关领域的学习打下坚实的基础。[4]五、收获与感悟在高中的生物学课程中，教师可以增强学生对教材的关注和重视，同时加强对教材和教学参考资料的深入研究，这是非常关键的。有效地使用教材不只