在探究中培养生物科学思维

谷朝阳

摘要：传统有丝分裂教学偏重于对分裂过程的记忆和其中染色体行为的定性定量分析，而对学生理解辨析能力培养不足，笔者以学生好奇提问为起点，通过问题链的生成和设置，引导学生探究有丝分裂的分子机制，加深学生对有丝分裂本质的认识，并在此过程中引导培养学生的科学思维能力和科学探究方法，从而培养提升学生对生物学科核心素养。

关鍵词：有丝分裂;染色体排列动力;核心素养

中图分类号：G633.91           文献标识码：A文章编号：1992-7711（2019）16-046-1

在高中细胞有丝分裂部分，传统的教学方法通常让学生通过图形、模型的展示或操作来掌握，具有一定效果，但学科核心素养的培养需要更加充分培养学生探究能力，笔者在教学过程中尝试以问题链构建的形式，引导学生深入探究细胞分裂中的科学问题，培养其生物学科科学探究的核心素养。

在课堂讲解之后，一个学生的问题引起了笔者的注意，“细胞有丝分裂中期，染色体为何能整齐排列在赤道板上？”如果完全按照教材内容回答，难免局限，能否以这个问题为开端，引导更多的同学从不同层面回答，进行更深入的科学思考呢？笔者组织了兴趣小组，就这个问题进行深入探讨，搜集答案并引导其提出更多问题，并自主探究解决。

一、问题链生成

1.问题1：细胞有丝分裂中期，染色体为何整齐排列在赤道板上？

教材答案：“每条染色体的着丝点两侧，都有纺锤丝附着在上面，纺锤丝牵引着染色体运动，使每条染色体的着丝点排列在细胞中央的一个平面上。”

2.思辨性问题2：既然是纺锤丝牵引，理论上每条染色体只需要一侧有纺锤丝即可向一方牵拉？为何两侧都有？

3.思辨性问题3：两侧的纺锤丝如果同时向两个方向牵拉，哪一侧力量更大呢？

探究得知，目前存在两种假说，牵拉假说和外推假说，前者认为染色体向赤道板方向运动是由于动粒微管牵拉的结果，微管越长，拉力越大。当来自两极的拉力相等时，染色体即稳定在赤道板上;外推假说则认为染色体向赤道方向运动是由于星体（中心体及其外侧的辐射状微管道）的排斥力将染色体外推的结果。染色体越靠近中心面，星体对染色体的推力越强，当两侧力平衡时，染色体即稳定在赤道板上。也就是说两侧纺锤丝的作用能够让染色体在中期排列在赤道板也能在之后使其向一侧运动。

答案似乎有了，但假说式的答案更加激发了同学们的好奇心和探索激情，这对学生从宏观到微观的思维转化中具有重要启迪，于是后续问题接踵而至。

4.问题4：如果按照牵拉假说，纺锤丝需缩短或变形才能牵拉染色体向一侧运动，形变的原理是什么呢？

小组探究得知，纺锤丝的延伸或者缩短都在于构成纺锤丝的微管蛋白的自组装。通过查找，大家观看了微管蛋白的自组装动画，更对细胞骨架的微观世界赞叹不已，更加深入理解了细胞这个微观的世界是那么瑰丽、奇妙。

5.问题5：由两极发出的纺锤丝是如何准确地找到染色体着丝点的？又是靠什么力量附着在上面牵拉的呢？

小组探究得知：着丝粒是染色体上一段具有特殊DNA和蛋白质的区域，具有着与其他部位不同的结构，在相关蛋白质的引导下，微管蛋白与着丝点结合。

6.诱导问题6：染色体中着丝点存在的意义是什么，染色质里面有吗？分裂完成后着丝点哪里去了？

同学们兴趣越来越大，甚至查阅了大学教材，利用网络等方法解决了诸多问题，但是未知问题也越来越多。同学们知道了，着丝点是一种临时性的存在，随着分裂进程存在着自身的组织和结构。

7.诱导问题7：着丝点分裂成两个，与原来的那个还一样吗？

原来着丝粒与着丝点其实是不同的两个概念和结构。

8.问题8：着丝点分裂的动力又是什么？是纺锤丝牵引拉断的还是自主分裂的？

逻辑推理可知：着丝点应该不是纺锤丝拉断的，秋水仙素抑制了纺锤丝形成后，染色体复制后依然能够数量加倍，说明其着丝点在没有纺锤丝牵拉的情况下也可以分裂，使染色单体分开。

9.问题9：着丝点在染色体上的位置为何不同，有些在中间，有些在靠近一端的位置？

着丝粒的区域在每条染色体上的位置是不同的，每种生物的特定染色体上具有特定的区域，其DNA组成与其他区域不同，可作为遗传标记。

10.问题10：染色质压缩成为染色体由纺锤丝牵拉到细胞两极是将遗传物质精确地平均分配到两个子代细胞中的最佳方式吗？有否更好的方案呢？

随着教师逐步引导到评价性问题，学生开始思考染色体及分配方式，经过深入思考尝试乃至模型搭建尝试，染色质细丝的异常压缩与纠缠均可能对染色体的平均分配产生影响，几个同学均无法提出更好的平均分配遗传物质的方案，加深了学生对生命活动的最佳设计的认识，对于进化有了更深刻的理解。

二、问题总结

小组成员提出的问题，环环相扣，层层深入，在教师的引导下不断进行深入探究思考，激发了学生的探究欲望，培养了科学探究精神，在这个过程中，是以知识为材料，激发学生探索欲望，培养学生自主获取知识的能力，从而增强其生物的核心素养。在这种学习中，能否解决问题已成为次要，共同探索成为最高效的学习方法，更培养了宏观微观顺畅转化的思想方法，用奇妙的微观机制理解和解释中观、宏观生物现象，更加增强了学生对于生命演化历程认识、对生命的敬畏，从而培养了科学健康的生命观念。

[参考文献]

[1]李锦.从“着丝点是什么”谈学习起点分析.中学生物教学，2002（5）.10.

[2]刘斌.对着丝点分裂还是着丝粒分裂的分析.中学生物教学，2016（12）.65.

[3]杨雪等.基于概念图的移动学习探究.中小学电教，2011（4）.33-34.