巧用物理模型破解細胞分裂的難點

丁素萍

摘 要：生物模型分為物理模型、概念模型、數學模型。構建模型教學法是生物教學中通常使用的教學法。細胞分裂這部分內容的難點是理解和掌握細胞周期曲線圖中各時期的分界點；細胞分裂中染色體、染色單體、DNA的變化規律；區分被同位素標記之后DNA和染色單體的變化等。引導學生構建物理模型，以實物或圖畫的形式直觀地表達認識對象的特征。由于物理模型具有直觀的特點，因此對比較抽象、難以理解掌握的難點知識，學生可以通過親身體驗和感受，把煩瑣的知識簡單化，從而深入理解和掌握。

關鍵詞：物理模型；細胞分裂；難點

中圖分類號：G633.91 文獻標識碼：A 收稿日期：2020-04-22 文章編號：1674-120X（2020）15-0106-02

高中生物有絲分裂和減數分裂的內容，對理解能力強的學生來說，通過觀看動畫、幻燈片，就能很好地理解掌握；但對學習能力弱、注意力不易集中的學生來說，看圖片時，看前忘后，學習難度大，耗時長，并且容易把減數分裂和有絲分裂的特征混淆。如果本部分內容學得困難，就會直接嚴重影響學生學習生物的興趣和對整個必修二內容的學習。因此，需要一種教學方式使學生能放慢速度、認真理解，并且能親身體會。利用物理模型的教學就可達到上述目的。

一、利用物理模型使抽象的細胞周期內容變得簡單易懂

在學習有絲分裂時，細胞周期是一個重要的概念，雖然概念學起來簡單，但做題卻不易。

例如，下面這道題既有同位素標記法，又有細胞周期曲線圖。班里沒有一個學生全部做對。

在某種生物的培養液中加入用3H標記的胸腺嘧啶脫氧核苷酸。短暫培養一段時間后，洗去3H標記的胸腺嘧啶脫氧核苷酸，使在該段時間內已處于DNA復制期不同階段的全部細胞中的DNA被3H標記，而當時處于其他時期的細胞則不帶標記。在不同時間取樣，做細胞放射性自顯影，找出正處于有絲分裂階段的分裂期細胞，計算其中帶3H標記的細胞占有絲分裂細胞總數的百分比。得到下圖（圖1～圖4中橫軸為時間，縱軸為帶標記細胞占細胞總數的百分比）：

1.圖2中從a點開始檢測到帶3H標記分裂期細胞，則o～a段為________期，理由是：________。

2.處于圖3中c點時，帶標記的細胞百分數開始下降，則a～c段表示________期。

3.處于圖3中c點時，帶標記的細胞百分數開始下降，直到消失，到第二次出現帶有標記的細胞數時為圖中e點，則d～e段所經歷的時間相當于 期的時間。

4.一個完整的細胞周期為：________。

學生解決本題時大多運用了數學模型（用線段表示的細胞周期），少部分學生除了第2題，其他題勉強可以做但理解得不透徹，大部分學生理解不了題意。

為了使學生能正確理解，筆者用硬紙板剪下兩個同心圓（直徑不同），小同心圓放在大同心圓上，并用黑色的筆在兩個同心圓上畫出細胞G1期、S期、G2期、M期，注意各時期一一對應。兩個圓片用圓珠筆尖固定（筆尖在圓心上），學生通過親手轉動上面的圓片，輕松地把這道題解決了。利用本方法解決本題，在之后的教學反饋中，大部分學生在本節課中能聽懂，極少數學生通過課下嘗試也掌握了。

二、利用物理模型教學使學生產生親身體會，能更好地理解知識，并牢固地掌握細胞周期中染色體、染色單體、DNA的變化規律

在有絲分裂和減數分裂特征教學中，很多教師采用了幻燈片的圖畫教學法，由于幻燈片一張連著一張放，學生往往學前忘后。一節課下來，學生覺得煩瑣難記。有絲分裂和減數分裂內容兩者容易混淆，且難掌握。學生基本上通過動手繪圖、反復記憶來掌握相關知識，花費的時間長，效果差。甚至有一部分學生到高中畢業都沒有弄懂。減數分裂沒有學習好，導致學生失去學習興趣，進而影響了遺傳定律的學習。所以突破有絲分裂和減數分裂這兩個難點，恰當的教學方法和手段至關重要。

筆者用一次性筷子、繩子和皮筋來使學生親身體驗有絲分裂的過程，在課堂上先講解數染色體的方法是數著絲點。染色體有復制前和復制后兩種，講解這兩種染色體含有的DNA數量和染色單體數量。教師邊講解邊示范，學生在課桌上擺放，在輕松的氣氛中就完成了這節課的教學內容。課后的教學反饋效果非常好，全班學生基本上都掌握了。在課后作業的檢查中，學生對圖形的認識理解、圖形的繪制和曲線圖的理解都非常到位。

在對減數分裂進行教學時也采用此方法。教師利用模型教學，放慢了教學的速度，但學生親自參與體驗，加深了理解，并在親自操作中能發現各種各樣的問題。例如，有絲分裂中為什么有同源染色體？細胞分裂的各時期染色體如何分布？如何深入理解著絲點排列在赤道板上？學生看圖片時很難想象出細胞有絲分裂的立體圖像。但我們利用物理模型，讓學生參與其中，學生便能體會到學習的樂趣，并能很好地掌握本知識點。

例如，學生學習完本節課內容，在下一節生物課上，學生就能準確地繪制染色體、DNA、染色單體等的變化規律曲線圖，并能講出變化的原因。

教師用構建的物理模型上完課后，又用紙片標上基因，抽查學生，讓其在課堂上展示并講解。繼續要求學生掌握有絲分裂各時期的特征，注意有絲分裂后期基因的走向，并總結有絲分裂的意義。

學生通過動手構建物理模型，來進行展示、講解、交流和合作學習，取得了非常好的教學效果。細胞分裂這部分內容的考試的及格率和優秀率都高于同類班級。

三、利用物理模型能使學生清晰明了、快速地掌握細胞分裂過程中的同位素標記問題

在細胞分裂的過程中，由于有的時期每條染色體含有兩條染色單體，細胞核內的DNA含兩條脫氧核苷酸長鏈，所以對染色體和DNA二者的走向，學生很容易混淆。雖然少部分學生通過畫圖能弄懂，但繪畫麻煩，且用時較長。

例如，在有絲分裂過程中，DNA復制一次，細胞分裂一次，用同位素15N標記DNA的兩條鏈，放在14N的原料中培養，觀察在第二次有絲分裂的中期，有多少染色體被標記，多少染色單體被標記，正常的第二次有絲分裂后形成的子細胞中含親代DNA鏈的染色體數是多少。（體細胞中染色體數為2n）

使用硬紙板制作染色體，繪上DNA雙鏈，并用紅色的線代替已經被標記的脫氧核苷酸鏈（模板鏈），用黑色的線代替子鏈。親代DNA半保留復制后的子代DNA用一條紅線和一條黑線表示。

讓學生用紙片繪制，兩人為一組，根據有絲分裂特征進行移動，弄清楚染色單體和DNA的走向。得出第一次有絲分裂的子細胞每條染色體含一個DNA，每個DNA含一條子鏈和一條母鏈。

第二次有絲分裂用同樣的方法繪制出每條復制的染色體含兩條染色單體，每條染色單體含一個DNA。其中有一條染色單體含放射性DNA（14N/15N），另一條染色單體含無放射性的DNA（14N/14N）。學生通過移動，即掌握了染色體在各時期的特點，也掌握了DNA的走向。最后討論得出由于著絲點分裂時每條染色體的兩條染色單體移向哪一極是隨機的，最終移向同一極的所有染色體所帶放射性也是隨機的，故子代細胞中含親代DNA鏈的染色體數是0～2n。

教師通過運用物理模型對本部分內容進行教學，會讓學生的體會非常深刻，會讓學生從不明白染色體、染色單體、DNA的關系，到迅速掌握有絲分裂和減數分裂的特征，會繪制曲線圖和圖像，并能把兩種分裂方式的圖像進行正確區分。由于教學節奏慢，因此學生有親自參與和產生的體會，能充分理解教學內容，做題基本上全對，進而對生物這門課的學習產生興趣，并為遺傳定律的學習打下堅實的基礎。

參考文獻：

[1]胡曉華.關于細胞周期測定問題的解答[J].教學月刊·中學版，2011（7）：49-52.

[2]苗承娟.鄉鎮高中生物教學中應用模型建構的實踐研究[D].蘭州：西北師范大學，2017.

[3]劉安元，邵傳林.怎樣提高生物教學的課堂效率 [J].讀寫算·教研版，2015（9）：195.

[4]許萍萍.凸顯核心概念，有效設計高中生物教學——以“細胞的增殖”為例[J].中學教學參考，2016（26）：115.

[5]洪 妍.例談顯微照片中細胞分裂時期的判斷方法[J].中學生物學，2014，30（12）：34-35.