例談物理模型在高中生物教學中的應用

王燕

高中生物教材中是這樣定義模型的：“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概括性的描述。”模型的形式包括有物理模型、概念模型、數學模型等。物理模型就是以實物或圖畫形式直觀的表達認識對象的特征，例如人教版必修1《分子與細胞》模塊中“構建真核細胞三維結構模型”“生物膜流動鑲嵌模型”等。我國的《普通高中生物課程標準（實驗）》也明確強調學生應“領悟建立模型等科學方法及其在科學研究中的應用”，將模型建構規定為高中生必須掌握的科學方法之一。

本文將結合筆者的教學實踐，分享在減數分裂這節課的教學中，利用自制物理模型輔助教學的實例。

一、染色體物理模型制作

取材：教材中的染色體模型是利用橡皮泥制作，有的資料也用毛線、磁鐵片用作染色體模型的原料。而本文所使用的材料是彩色卡紙，取材方便、價格低廉、方便制作、直觀形象。該染色體模型既可用于學習姐妹染色單體、同源染色體的概念，也可以用于研究有絲分裂和減數分裂過程中染色體的動態變化特點。

制作：在兩種不同顏色的卡紙上畫出兩個相同大小的染色體輪廓，之后按照輪廓剪下，表示兩條同源染色體，一條來自父方，一條來自母方（見圖1）。如圖2所示，縱向對折之后表示復制前的染色體，打開后表示復制后的一條染色體，包含兩條姐妹染色單體。

二、模型應用實例

模擬操作1：模擬減數分裂中染色體數目和行為變化。學生以小組為單位，利用上述染色體模型，構建含2對同源染色體的初級精母細胞模型，模擬操作減數分裂各個時期染色體的行為變化，重點模擬同源染色體聯會、分離、四分體、著絲點分裂等行為，便于掌握減數分裂各個時期的主要特點。

設計意圖：通過上述模擬操作活動，學生可以親自“觸摸”和體驗染色體的形態和數目變化，減數分裂這個抽象的過程被形象化、具體化，大大降低了學生理解的難度。利用模型建構，培養了學生的動手能力和自主學習的精神。

模擬操作2：模擬非同源染色體自由組合。請學生觀察本小組的初級精母細胞經過減數分裂后形成幾種配子，并通過再次模擬操作減數分裂，形成不同的配子。再將本小組的配子類型與其他小組的相互比較，結合問題繼續思考和討論。

對照建構的模型，教師可引導學生圍繞下列問題進行理性思考。

①一個含有2對同源染色體的初級精母細胞經過減數分裂能形成幾種配子？

②小組之間配子差異的原因是什么？發生在什么時期？

③一個含有2對同源染色體的生物個體經過減數分裂能形成幾種配子？

④如果用3對染色體進行模擬，會產生幾種配子？

設計意圖：通過上述模擬操作活動，學生對于非同源染色體自由組合有了更直觀的感性認識，明確了自由組合發生的時間和對配子的影響，對配子的多樣性，生物多樣性的理解以及基因重組的學習起到非常大的作用。整個過程還能培養學生的小組合作探究意識，訓練觀察、分析和歸納能力，提高表達交流水平。

在上述模擬操作1和操作2的基礎上，教師可進一步引導學生總結減數分裂過程中染色體和DNA的數量變化規律，并在坐標圖中完成減數分裂中染色體和DNA的數量變化曲線。

以上實例以減數分裂中染色體變化這一重點知識為主線，利用簡易的染色體物理模型，教師組織學生進行模型構建，讓學生親自體驗染色體在細胞分裂各時期的變化過程，模擬同源染色體行為和非同源染色體自由組合，使學生對姐妹染色單體、同源染色體等容易混淆的概念也有了更加清晰的認識。對于學生在構建模型中出現的錯誤及時進行糾正，加強學生認識染色體行為，以及理解配子多樣性。通過自制的染色體模型將本節重點內容整合起來，在模型建構的過程中突破難點，整個過程中取得了良好的教學效果。