繪圖用圖策略應用于細胞分裂難題突破的實踐與思考

摘 要 以綜合性較強的細胞分裂難題為例，闡述繪圖用圖教學策略的實施過程和應用效果，并從理論上對繪圖用圖教學策略之所以能產生良好應用效果進行了分析思考。

關鍵詞 繪圖用圖 應用效果 理論思考

中圖分類號 G633.91 文獻標識碼 B

手工繪圖是指在教師的指導下，學生通過知識再現，用清晰、簡潔的線條自主繪制生物簡圖，從而快速、形象地表達自己對生物結構、生物學過程的理解和感悟。手工繪圖的重要特征是去繁就簡，突出展示生物結構的主要特征和生物學過程的關鍵信息。

在細胞有絲分裂和減數分裂過程中，染色體行為和數目的變化機制是高中生物學科內容體系中的一個核心知識。其試題，因其綜合性強而造成較大的難度。在教學中，組織學生開展繪圖用圖活動，引導學生自主回顧有關知識，手工繪圖展示自己對細胞有絲分裂和減數分裂過程中，染色體行為和數目的變化機制這一核心內容的理解，能有效幫助學生突破這些難度較大的綜合性試題。

1 實施過程

1.1 繪制細胞分裂簡圖和曲線圖

采用個體自主繪圖→小組合作，組間評價→班級交流與評價。具體以染色體組成為2N=4的高等動物為例，要求所繪制的圖像必須① 包含各個時期染色體（或染色質）的行為和數目，② 細胞質是否均等分裂，③ 核膜是否存在，這三項內容。繪制完成后，組織學生對細胞中的染色體（或染色質）作數字標記，其中1和3表示一對同源染色體，2和4表示另一對同源染色體，一條染色體的兩條姐妹染色單體用兩個相同數字表示。圖1、圖2和圖3分別是精細胞形成過程、卵細胞形成過程和體細胞形成過程的細胞簡圖。若學生基礎較好，可以讓學生在白紙上直接繪制；若學生基礎欠好，可以采用教師繪制好部分時期的圖像，然后由學生補充完成其他時期的細胞分裂簡圖。

教師必須向學生作強調三點說明：圖1和圖2沒有表示出交叉互換過程，實際上減數第一次分裂前期（四分體時期）可能會發生交叉互換，只是發生的概率很小；間期和末期時染色體的數目實際上不可見。

1.2 繪制染色體數目變化和DNA含量變化曲線圖

教師組織學生根據上述細胞分裂簡圖，繪制出體細胞形成過程中染色體數目變化曲線圖（圖4）和核DNA含量變化曲線圖（圖5）、精細胞形成過程中染色體數目變化曲線圖（圖6）和核DNA含量變化曲線圖（圖7）。

兩點說明：①由于卵細胞形成過程中染色體數目變化和核DNA含量變化與精細胞形成過程類似，在此不再贅述；②從有利于答題的角度考慮，組織學生繪圖時統一強調：對末期細胞中的染色體（或DNA）計數時，體細胞形成過程以每個細胞核為統計單位（圖4和圖5），精細胞形成過程以整個細胞為統計單位（圖6和圖7）。

2 運用細胞分裂簡圖和曲線圖

【例】 某研究小組從蛙的精巢中提取一些細胞，測定細胞中染色體數目（無突變發生），將這些細胞分為三組，每組的細胞數如圖8。從圖中所示結果分析不正確的是（ ）

A. 乙組細胞中有一部分可能正在進行DNA復制

B. 丙組細胞中有一部分可能正在發生非同源染色體上的非等位基因的重新組合

C. 乙組細胞中既有進行有絲分裂的細胞也有進行減數分裂的細胞

D. 用藥物阻斷DNA復制會減少甲組細胞生成

運用手工繪圖分析解答：首先，回顧圖4、圖6所示曲線圖，將甲、乙、丙分別標注在相應曲線段上。

然后，結合回顧分裂簡圖圖1和圖3。具體為A選項中的DNA復制屬于間期發生的現象，乙組細胞包括間期的細胞，故A選項正確；B選項中的非同源染色體上的非等位基因重新組合發生于減數第一次分裂過程中，而丙組僅屬于有絲分裂后期，故B選項不正確；圖4、圖6顯示，乙組細胞有一部分屬于有絲分裂的細胞，還有一部分屬于減數分裂的細胞，故C選項正確；甲組細胞是減數分裂過程中的細胞，要產生這些細胞，前提是減數分裂之前的間期要完成DNA復制和有關蛋白質的合成，故D選項正確。

答案：B。

2 應用效果

為了遵循科學性，教材插圖并沒有“清晰”展示細胞中染色體行為和數目變化。而手工繪圖用清晰、簡潔的線條，描繪出了細胞有絲分裂和減數分裂過程的核心內容——染色體的行為和數目的變化機制，對于幫助學生突破關于細胞有絲分裂和減數分裂過程中，染色體行為和數目變化規律的綜合性強的試題有明顯的作用效果。具體體現在以下幾個方面：①由于清晰地展示了間期和末期染色質的形態和數量，直觀形象地幫助學生建構了染色質與染色體相互轉化機制的知識（尤其是兩者的數量關系），使得學生對親手繪制產生的曲線圖印象很深刻，理解更到位。②將細胞分裂簡圖（圖1、圖2和圖3）進行相互比較，通過染色（單）體的數字標記，有利于學生自主發現有絲分裂各個時期都存在同源染色體（各個時期的細胞都同時存在標記著1、2、3、4的染色體）。而減數分裂過程中，同源染色體僅存在于減數第一次分裂過程中（各個時期的細胞都同時存在標記著1、2、3、4的染色體）。減數第二次分裂過程中，不存在同源染色體（各個時期細胞中存在的染色體只標記著1、4或2、3。另一些學生把各個時期細胞中存在的染色體只標記著1、2或3、4，），并且以前將減數第二次分裂后期形態、大小相同的染色體，誤看成同源染色體的學生，如今能根據直觀的數字標記修正了以前的錯誤認知。③學生在自主突破上述兩點的基礎上，小組合作歸納出了識別細胞圖像的規律方法：一看細胞中有無存在同源染色體，若無，則為減數第二次分裂，若有，則為有絲分裂或減數第一次分裂；二看有無同源染色體聯會、分離等行為，若有，則為減數第一次分裂，若無，則為有絲分裂。④通過比較圖1和圖2的數字標記，學生直觀形象地發現減數第一次分裂非同源染色體的自由組合現象。

3 理論思考

應用繪圖用圖策略后，學生對細胞分裂綜合性試題的解題準確性和速度有明顯提高。

3.1 重復觀閱，實現長時記憶

德國心理學家艾賓浩斯對遺忘進行研究時，發現短時記憶容易遺忘，而重復可以阻止短時記憶遺忘。重復可以看作是鞏固原有記憶痕跡的過程，進而促進長時記憶的形成。在多媒體動畫動態演示突破“細胞有絲分裂和減數分裂過程中，染色體行為和數目變化規律”這一重難點產生短時記憶的基礎上，學生人手一份、長期持有的自主繪圖，可以用于重復觀閱，促進學生長時記憶的形成，進而加強知識的運用能力。

3.2 主動建構，發展自主思維

建構主義學習論認為，知識不完全是通過教師傳授獲得，而是學習者在一定的情境下通過意義建構的方式獲得。與傳統復習方法相比，繪圖用圖過程需要學生主動參與，變被動的接受為主動的回憶和動手，突顯主動建構的教學思想。

3.3 建模用模，促進信息的編碼和提取

模型是人們為了某種特定目的而對認識對象所做的一種簡化的描述，這種描述可以是定性的，也可以是定量的；有的借助于具體的實物或其他形象化的手段，有的則通過抽象的形式來表達。“突顯染色體行為和數目變化的細胞分裂簡圖”是一種生物模型。“細胞有絲分裂和減數分裂過程染色體數目和核DNA含量變化的曲線圖”則是一種數學模型，學生自主繪制細胞分裂簡圖和染色體數目和DNA含量變化的曲線圖是一個建構模型的過程。通過繪制細胞分裂簡圖和曲線圖，即建構模型過程，能激發學生自主提取和處理腦海中的原有知識，實現信息編碼。而適當編碼的信息容易被提取和靈活應用，進而通過運用細胞簡圖和曲線圖，即應用模型過程，實現促進信息的提取和提高知識的運用能力。

綜上所述，繪圖用圖策略用于幫助學生突破細胞分裂綜合性難題，能激發學生積極自主地提取和處理腦海中的原有知識信息，成為知識的主動建構者，獲取知識和運用知識的能力得到顯著提高。通過繪圖用圖活動，能幫助學生建構知識網絡，消除思維障礙，整合知識結構，使原來零碎的知識系統化，機械的記憶靈活化，粗淺的理解深刻化，生疏的應用熟練化，進而提高了學生從整體上理性地掌握和運用知識的能力。