探究性課堂中的模型構(gòu)建實(shí)例

摘要 根據(jù)創(chuàng)設(shè)的果蠅體細(xì)胞與配子染色體數(shù)的關(guān)系的具體情境，通過學(xué)生自主探究，建立減數(shù)分裂中染色體行為、數(shù)目變化的物理模型，進(jìn)而建立該過程的模型。模型的構(gòu)建過程將抽象的事物和過程具體化、形象化，可以大大提高知識(shí)的轉(zhuǎn)化效率。

關(guān)鍵詞 探究 物理模型 減數(shù)分裂

中圖分類號(hào) G633.91 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 B

1課題背景

《減數(shù)分裂》是生物必修2《遺傳與進(jìn)化》第二章第一節(jié)第一部分，考綱對(duì)本節(jié)知識(shí)的考查包括：（1）細(xì)胞的減數(shù)分裂；（2）動(dòng)物配子的形成過程。考查要求為Ⅱ級(jí)，即理解所列知識(shí)和其他相關(guān)知識(shí)之間的聯(lián)系和區(qū)別，并能在較復(fù)雜的情境中綜合運(yùn)用其進(jìn)行分析、判斷、推理和評(píng)價(jià)。

配子的形成過程是本節(jié)的教學(xué)重點(diǎn)，減數(shù)分裂中染色體變化是教學(xué)的難點(diǎn)。本節(jié)知識(shí)與有絲分裂、基因的分離定律和自由組合定律、基因重組等知識(shí)的相關(guān)性很強(qiáng)，是學(xué)生解決遺傳和進(jìn)化問題的基礎(chǔ)。為了突出該過程染色體行為和數(shù)目的變化，并掌握與之有關(guān)的重要概念，教學(xué)中宜采用形象直觀的教學(xué)方法。經(jīng)過研究、比較，發(fā)現(xiàn)構(gòu)建物理模型對(duì)理解減數(shù)分裂中染色體的行為變化十分有益。教師引導(dǎo)學(xué)生自主探究并設(shè)計(jì)染色體的物理模型，親自動(dòng)手模擬該過程，將抽象的事物和過程具體化、形象化，大大提高了課本知識(shí)的轉(zhuǎn)化效率。在探究的過程中，學(xué)生的積極性很高，實(shí)實(shí)在在地發(fā)揮了他們的主體作用，充分契合了新課標(biāo)的教育理念。

2構(gòu)建物理模型法的簡(jiǎn)介

模型方法是以研究模型來揭示原型的形態(tài)、特征本質(zhì)和過程的方法，是人們認(rèn)識(shí)自然界的一種重要方式，也是理論思維發(fā)展的重要方式。其在人們理解事物的本質(zhì)、探索未知規(guī)律的過程中起著重要作用。在生物科學(xué)學(xué)習(xí)中，模型提供觀念和印象。模型的形式很多，包括物理模型、概念模型、數(shù)學(xué)模型等。以實(shí)物或圖畫形式直觀的表達(dá)認(rèn)識(shí)對(duì)象的特征，這種模型就是物理模型。沃森和克里克制作的著名的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，就是物理模型，它形象而概括地反映了所有DNA分子結(jié)構(gòu)的共同特征。

3教學(xué)方法

本節(jié)課的教學(xué)方法采用合作探究法、模型構(gòu)建法、自主討論法。

4教學(xué)實(shí)施的程序

4.1引入

教師利用教科書問題引導(dǎo)學(xué)生探討，提出問題：配子的染色體和體細(xì)胞染色體有什么區(qū)別？針對(duì)圖1，你還能提出什么問題或猜想？

學(xué)生思考并討論。

學(xué)生甲：果蠅配子中染色體由每?jī)蓷l形態(tài)大小相同的染色體中的一條組成。

學(xué)生乙：XY染色體是一對(duì)，但是特殊之處在于形態(tài)大小不同。

學(xué)生丙：從結(jié)果上看，配子中含有體細(xì)胞數(shù)目一半的染色體數(shù)，而且沒有形態(tài)大小相同的染色體。

教師給出同源染色體和減數(shù)分裂的概念：

果蠅體細(xì)胞中形態(tài)大小相同的染色體為同源染色體，XY也是一對(duì)特殊的同源染色體。從結(jié)果看，成熟生殖細(xì)胞中的染色體數(shù)比體細(xì)胞染色體數(shù)減半了，因此稱為減數(shù)分裂，減數(shù)分裂中發(fā)生了同源染色體的分離。進(jìn)行減數(shù)分裂的細(xì)胞，稱為性原細(xì)胞，也叫原始生殖細(xì)胞。雄果蠅的原始生殖細(xì)胞稱為精原細(xì)胞，雌果蠅的原始生殖細(xì)胞稱為卵原細(xì)胞。

學(xué)生提問：配子中染色體數(shù)為什么要減半呢？

其他學(xué)生：受精時(shí)再把精子和卵細(xì)胞的染色體數(shù)加一起，就跟親代一樣了。

學(xué)生提問：那么，配子形成過程中是怎樣發(fā)生染色體數(shù)減半的呢？

教師：這個(gè)問題就是本節(jié)課要一起解決的問題。

4.2嘗試構(gòu)建物理模型，模擬精子的形成過程

教師：以前后桌4人為1小組，請(qǐng)學(xué)生們利用手中的彩紙、雙面膠、毛線、剪刀等材料和工具，大膽想象，制作染色體的模型，模擬一下雄果蠅精子的形成過程中染色體的變化。

此環(huán)節(jié)是本節(jié)課的主要環(huán)節(jié)，是引導(dǎo)學(xué)生自主構(gòu)建物理模型的過程。學(xué)生通過制作模型，感悟配子形成過程中細(xì)胞染色體數(shù)目和形態(tài)發(fā)生的一系列變化，并體會(huì)與有絲分裂過程中染色體變化的區(qū)別。教師應(yīng)鼓勵(lì)學(xué)生大膽探索，充分想象，但又合理分析，有理有據(jù)，從而培養(yǎng)學(xué)生共同學(xué)習(xí)，團(tuán)結(jié)合作的精神。

教師引導(dǎo)學(xué)生使用合適的材料進(jìn)行模型的構(gòu)建。

學(xué)生活動(dòng)：大部分學(xué)生選用紙片或毛線模擬染色體，毛線模擬紡錘絲。

以下以用紙片模擬染色體為例。

確定選用的材料，制成染色體的模型。

以組為單位展示討論結(jié)果，即模擬該過程（邊展示邊用語言描述）。

小組1：我們用大小相同的紙條表示同源染色體，雄果蠅體細(xì)胞中有4組，其中3組兩兩大小相同，一組大小不同表示XY。在紙條中間畫上著絲點(diǎn)。毛線扎在著絲點(diǎn)的位置，表示紡錘絲。我們認(rèn)為減數(shù)分裂沒有染色體復(fù)制，直接分裂。前期染色體在細(xì)胞內(nèi)散亂分布，中期染色體著絲點(diǎn)排列在赤道板上，紡錘絲牽引染色體的著絲點(diǎn)，兩條同源染色體分別被拉向細(xì)胞的兩極。最終產(chǎn)生兩個(gè)子細(xì)胞，子細(xì)胞中沒有同源染色體。

其他組質(zhì)疑：他們推測(cè)的分裂過程中沒有染色體復(fù)制，對(duì)嗎？

教師：同學(xué)們問得很好。有沒有與小組1模擬過程相同的？解釋一下這樣模擬的原因，為什么認(rèn)為沒有染色體復(fù)制？

小組2：一開始覺得細(xì)胞分裂間期應(yīng)該進(jìn)行了染色體復(fù)制，即與有絲分裂相同，但是經(jīng)過模擬我們發(fā)現(xiàn)，如果細(xì)胞進(jìn)行了染色體復(fù)制，后期染色體著絲點(diǎn)分裂，子細(xì)胞染色體數(shù)就不能減半了，而是與體細(xì)胞相同。所以認(rèn)為細(xì)胞中沒有發(fā)生染色體復(fù)制，而是直接進(jìn)行了分裂。

其他組質(zhì)疑：可不可以復(fù)制一次，分裂兩次？

教師；請(qǐng)這些組的同學(xué)展示你們的模擬過程。

小組3：我們制作的染色體大致相同，用形態(tài)大小相同的紅色紙條和綠色紙條來表示一對(duì)同源染色體，展示其染色體：兩個(gè)大小和顏色都相同的紙條，用雙面膠將著絲點(diǎn)的位置粘在一起，代表染色體在間期進(jìn)行了復(fù)制。第一次分裂過程中期與有絲分裂過程相同，將粘在一起的同樣顏色的紙條分開代表著絲點(diǎn)分裂，姐妹染色單體分離，毛線代表的紡錘絲牽引著染色體的著絲點(diǎn)移向細(xì)胞的兩極，產(chǎn)生兩個(gè)相同的子細(xì)胞，每個(gè)細(xì)胞中含有與體細(xì)胞相同的染色體，即每種形態(tài)的染色體均含紅、綠兩種顏色的兩條。第二次分裂時(shí)，每個(gè)子細(xì)胞中，每條染色體的著絲點(diǎn)分別由紡錘絲牽引，大小相同代表同源染色體的紅、綠紙條分別移向細(xì)胞的兩極，最終的四個(gè)細(xì)胞中各含有同源染色體中的一條，即每個(gè)子細(xì)胞中只含有相同大小的紙條中的一種顏色（同源染色體中有紅無綠、有綠無紅）。

教師：其他組有沒有不同的方法和理解？

小組4：在第二次分裂時(shí)，紡錘絲牽引著絲點(diǎn)能保證同源染色體平均分配呢？會(huì)不會(huì)亂了？

教師：首先，減數(shù)分裂過程中確實(shí)是染色體復(fù)制一次、細(xì)胞分裂兩次。所以最終產(chǎn)生了4個(gè)子細(xì)胞。小組4提的問題很好，減數(shù)分裂最終的結(jié)果應(yīng)該是將染色體平均分配，在兩次分裂中怎樣才能保證平均分配呢？大家再看一下老師重新給出的圖，看能不能有新發(fā)現(xiàn)？（提示：第二次分裂產(chǎn)生的兩個(gè)子細(xì)胞的染色體組成完全形同。）

其他小組質(zhì)疑：剛才小組3的減數(shù)第二次分裂產(chǎn)生的子細(xì)胞染色體組成并不完全相同。小組3的減數(shù)第二次分裂產(chǎn)生的4個(gè)子細(xì)胞有一個(gè)3紅1綠，另外一個(gè)是3綠1紅，還有兩個(gè)是2紅2綠，而且減數(shù)第二次時(shí)代表XY的染色體分別進(jìn)入兩個(gè)子細(xì)胞。而圖中的同時(shí)產(chǎn)生兩個(gè)含X的，或同時(shí)產(chǎn)生兩個(gè)含Y的。

教師：同學(xué)們觀察得很仔細(xì)。請(qǐng)同學(xué)們?cè)儆懻摚o出更合理的過程。

小組5：間期、第一次分裂前期、中期與有絲分裂過程相同，后期同源染色體分離分別移向兩極產(chǎn)生兩個(gè)子細(xì)胞；第二次分裂時(shí)，每條染色體的著絲點(diǎn)分裂，兩條染色單體由紡錘絲牽引移向細(xì)胞的兩極，因此最終形成兩種4個(gè)子細(xì)胞。

其他小組質(zhì)疑：還是不清楚同源染色體是怎樣分開的？牽引著絲點(diǎn)可以保證姐妹染色單體平均分配，怎樣保證同源染色體分別移向兩極呢？

教師解疑：其實(shí)在減數(shù)分裂的第一次分裂中期，是同源染色體排列在赤道板的兩側(cè)而不是著絲點(diǎn)排列在赤道板上，由紡錘絲牽引使同源染色體分離，就保證了同源染色體的平均分配。

學(xué)生質(zhì)疑：那么同源染色體是如何靠近排布在赤道板兩側(cè)的呢？

教師：減數(shù)第一次分裂的前期，同源染色體會(huì)相互靠近。請(qǐng)同學(xué)們以此為依據(jù)進(jìn)一步完善該過程。

師生共同動(dòng)手模擬減數(shù)分裂全過程。

教師：請(qǐng)同學(xué)復(fù)述該過程。

小組6：減數(shù)分裂間期，染色體復(fù)制。減數(shù)第一次分裂前期，核膜、核仁消失，染色體、紡錘體出現(xiàn)，同源染色體相互靠近；中期，同源染色體排列在赤道板的兩側(cè)；后期同源染色體分離。減數(shù)第二次分裂中期，染色體的著絲點(diǎn)排列在赤道板上；后期，著絲點(diǎn)分裂，姐妹染色單體分離；末期，細(xì)胞一分為二，共形成四個(gè)兩種子細(xì)胞。

在學(xué)生復(fù)述的過程中，教師給出聯(lián)會(huì)、四分體、初級(jí)精母細(xì)胞、次級(jí)精母細(xì)胞、精細(xì)胞等概念。

4.3師生共同總結(jié)減數(shù)分裂的特點(diǎn)

師生共同活動(dòng)：一起看書，從書中完善對(duì)該過程的理解，如精細(xì)胞還需經(jīng)過變形才能形成成熟的精子。

師生共同總結(jié)：減數(shù)分裂的特點(diǎn)。

減數(shù)分裂中染色體復(fù)制一次而細(xì)胞分裂兩次。

減數(shù)第一次分裂前期，發(fā)生了同源染色體的聯(lián)會(huì)，形成四分體；中期，同源染色體排列在赤道板的兩側(cè)，在紡錘絲的牽引下移向細(xì)胞的兩極，從而保證同源染色體的平均分配。減數(shù)第二次分裂中期，染色體的著絲點(diǎn)排列在赤道板上；后期著絲點(diǎn)分裂，姐妹染色單體分離；末期，細(xì)胞一分為二，產(chǎn)生兩個(gè)相同的子細(xì)胞。減數(shù)分裂的染色體減數(shù)的原因是同源染色體的分離。

5課后研討

該過程以學(xué)生建立減數(shù)分裂中染色體行為與數(shù)目變化的物理模型為主線，通過教師精心組織和引導(dǎo)，成功地將模型構(gòu)建過程轉(zhuǎn)化成學(xué)生自主探究的過程，可以大大提高知識(shí)的轉(zhuǎn)化效率。在探究的過程中，學(xué)生的積極性很高，發(fā)揮了學(xué)生的主體作用，充分契合了新課標(biāo)的教育理念。