基于物理模型構(gòu)建在“細(xì)胞增殖”一課的教學(xué)實(shí)踐

李宇星

摘 要：生物必修一“細(xì)胞的增殖”是高中生物教學(xué)的重點(diǎn)難點(diǎn)區(qū)域，能否理解掌握核心概念對之后的生物教學(xué)承接有及其重要的影響。本節(jié)教學(xué)主要利用染色體物理模型的建構(gòu)活動來探索核心概念，讓學(xué)生形象直觀理解染色體及分裂過程，提高教學(xué)效率。

關(guān)鍵詞：物理模型;有絲分裂;染色體

有絲分裂屬高中生物人教版必修一六章第一節(jié)《細(xì)胞的增殖》內(nèi)容。在細(xì)胞多種分裂方式中，有絲分裂和減數(shù)分裂屬高中生物之中既是重點(diǎn)又是難點(diǎn)部分。不少學(xué)生在學(xué)習(xí)有絲分裂和減數(shù)分裂相關(guān)知識后遇上題目仍覺得十分困難，難以解決，而有絲分裂又是學(xué)生學(xué)習(xí)減數(shù)分裂的基礎(chǔ)，因而有絲分裂是教師必須幫助學(xué)生有效突破的部分，可以使用物理模型來進(jìn)行更優(yōu)化的教學(xué)[1]。“物理模型”常以實(shí)物或圖畫來體現(xiàn)認(rèn)識對象的特征，在教科書中已有圖片等內(nèi)容，故實(shí)際教學(xué)中應(yīng)更傾向于使用實(shí)物的方式來開展。教師開展和引導(dǎo)學(xué)生在特定情境中的思考或動手，建構(gòu)相關(guān)模型來學(xué)習(xí)生物學(xué)知識，將實(shí)物轉(zhuǎn)化為認(rèn)知圖示，使學(xué)生獲得更加直觀、具體的概念，并以此來深化理解“有絲分裂”的意義。

一、充分參與，制作模型

教師提出在課堂上制作染色體物理模型的一系列要求。

1、教師在課堂上講授染色體模型相關(guān)的概念、類型以及構(gòu)建的一些注意事項(xiàng)。

2、利用自己準(zhǔn)備好的材料：白紙若干張（用于打底）、油性筆（用于畫圖）、用于制作染色體的材料用橡皮泥、絲線或鐵絲任一均可或者學(xué)生有其他想用的材料，發(fā)揮學(xué)生的想象力和動手力。如使用鐵絲或絲線，還要提醒學(xué)生準(zhǔn)備剪刀。

提示：制作染色體需要準(zhǔn)備不同顏色的材料，如使用橡皮泥至少需要三種不同顏色橡皮泥，用于區(qū)分和組成著絲點(diǎn)，絲線亦是如此。

3、模型的制作以個(gè)人的形式展開，學(xué)生彼此間可以進(jìn)行交流討論。教師應(yīng)要求學(xué)生課下做好準(zhǔn)備工作，提前了解設(shè)計(jì)流程，以便節(jié)約課堂時(shí)間。

教師在本節(jié)使用物理模型的教學(xué)中，需要合理安排好教學(xué)時(shí)間，以免制作模型的時(shí)間過長影響教學(xué)進(jìn)度，課前需要讓學(xué)生有一定的準(zhǔn)備，不僅是準(zhǔn)備好各種材料用具，學(xué)生需要對染色體模型有一定的了解，在制作過程前要提好具體要求和時(shí)間安排。教師可以準(zhǔn)備已經(jīng)制作好的相關(guān)模型作為樣品來給學(xué)生參考，以此保證學(xué)生制作活動的順利完成，減少不必要的課堂時(shí)間損耗，保證教學(xué)效果和教學(xué)時(shí)間的平衡。

二、基于模型辨析核心概念

1、染色質(zhì)與染色體

教師引導(dǎo)學(xué)生閱讀課本了解分裂間期和前期的特點(diǎn)，提出通過建構(gòu)模型來把握染色質(zhì)、染色體、染色單體、DNA這幾個(gè)概念之間的聯(lián)系。

師：細(xì)胞的增殖，主要是完成遺傳物質(zhì)的增殖，我們在之前學(xué)習(xí)的中講過，在細(xì)胞核之中有一種易被堿性染料染成深色的物質(zhì)名為染色質(zhì)，用于儲存遺傳物質(zhì)。而在有絲分裂中，我們要觀察的是染色體的不同種變化。那么染色質(zhì)和染色體的關(guān)系大家還記得嗎？

生：染色質(zhì)和染色體是同一種物質(zhì)在細(xì)胞中的同時(shí)期的兩種表現(xiàn)形態(tài)。它們的組成成分是一樣的，但是由于構(gòu)型不一樣，所以還是有一定的差別。染色體在細(xì)胞的有絲分裂間期由染色質(zhì)螺旋化形成。

然后教師指導(dǎo)學(xué)生完成橡皮泥制作染色質(zhì)和染色體，讓學(xué)生對兩者的結(jié)構(gòu)有個(gè)明顯直觀的對比（如圖1）。

2、有絲分裂過程

有絲分裂其核心內(nèi)容是分裂過程中染色體的各種變化。有絲分裂是一個(gè)動態(tài)連續(xù)的過程，將其分為四個(gè)時(shí)期是為了更方便的進(jìn)行研究，即前中后末四個(gè)時(shí)期。這些時(shí)期分別有它可以用于區(qū)分的特點(diǎn)。因此本節(jié)課在讓學(xué)生構(gòu)建模型的過程中，要注意強(qiáng)調(diào)有絲分裂的連續(xù)性，嘗試用染色體模型來展示其在分裂過程中連續(xù)變化的過程。

教師展示建模，植物細(xì)胞有絲分裂進(jìn)入前期，都出現(xiàn)了哪些的變化？我們可以發(fā)現(xiàn)，本來絲狀的染色質(zhì)變成了條狀的染色體（教師將染色質(zhì)模型捏成染色體），在細(xì)胞兩極有兩組中心粒，教師畫線從中心粒放出紡錘絲構(gòu)成紡錘體。然后將剛才捏好的染色體散亂擺放在中央。請同學(xué)對比一開始的植物細(xì)胞，可以發(fā)現(xiàn)其中核膜核仁的消失，最后得出特征：膜仁消失兩體現(xiàn)。

之后讓學(xué)生開始活動，完成初期的模型建構(gòu)并接著對有絲分裂中期模型進(jìn)行建構(gòu)，教師在一旁進(jìn)行引導(dǎo)：染色體是被紡錘絲牽引向著中央移動的，牽引的位置是染色體中間的著絲點(diǎn)，最后結(jié)果是原本散亂分布的染色體全部整齊的排列在赤道板上。教師要向強(qiáng)調(diào)赤道板區(qū)域的存在意義，赤道板并不是真正的細(xì)胞結(jié)構(gòu)。之后總結(jié)該期特征：型定數(shù)晰赤道齊。

教師繼續(xù)安排學(xué)生進(jìn)行分裂后期的制作活動：“在中期染色體整齊排列的意義是為了能夠在后期進(jìn)行準(zhǔn)確的分開，有絲分裂是一個(gè)連續(xù)的過程。”在細(xì)胞分裂的后期，每條染色體會在紡錘絲的牽引下進(jìn)行分離，分別移向細(xì)胞的兩極，分離出來的染色體我們稱之為染色單體，由此形成了兩條完全一致的子代染色體，完成了對遺傳物質(zhì)的平均分配，但此時(shí)還有沒形成兩個(gè)新的子細(xì)胞。后期的模型建構(gòu)是學(xué)生們最容易出錯的地方，主要集中在幾點(diǎn)：①著絲點(diǎn)的數(shù)目沒有隨著染色體的分離而加倍。②染色體模型（如橡皮泥制作）分離時(shí)沒有按照姐妹染色單體進(jìn)行分離而是直接將染色體豎直從中間斷開③染色體分離后染色單體開口的方向出錯。不管學(xué)生是正確還是錯誤的完成了后期模型的制作，都能對這個(gè)時(shí)期的特征有更深刻的了解。

圖4有絲分裂后期模型

三、對使用物理模型教學(xué)策略的反思

染色體與細(xì)胞分裂是高中生物的一塊重難點(diǎn)內(nèi)容，除了本節(jié)課所要講述的關(guān)于有絲分裂以外，還有后續(xù)的關(guān)于減數(shù)分裂、遺傳的分離定律和自由組合定律等難度較高的部分，學(xué)生能夠通過物理模型的制作對染色體形成印象深刻的知識，化抽象為具體，在對后續(xù)的教學(xué)也將有重要意義。

模型建構(gòu)是科學(xué)研究及教育教學(xué)的一種常用方法。在本節(jié)生物教學(xué)內(nèi)容中，通過物理模型制作的實(shí)踐活動，讓學(xué)生能夠?qū)⒃疚⒂^的細(xì)胞分裂過程上升為宏觀的過程。制作物理模型過程同學(xué)間可以彼此討論、合作，培養(yǎng)學(xué)生的協(xié)作能力也能讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中提高動手能力和模型構(gòu)建能力，在制作過程中學(xué)習(xí)有絲分裂的核心內(nèi)容。具體通過橡皮泥（或其他材料）首先構(gòu)建染色質(zhì)和染色體來幫助區(qū)分兩者，而后建構(gòu)染色體（不同顏色大小）、著絲點(diǎn)來組裝完成有絲分裂前、中、后期染色體的一系列行為變化。利用構(gòu)建物理模型的方法來完成對有絲分裂核心概念的教學(xué)，能有效提高課堂教學(xué)效率，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，學(xué)生能積極主動的完成預(yù)期教學(xué)目標(biāo)，發(fā)展學(xué)生建模能力。在高中生物的教學(xué)中，構(gòu)建和使用物理模型輔助教學(xué)是具有意義和價(jià)值的，生物教學(xué)中相比直接向?qū)W生輸入知識，如果能利用活動為載體，探究性引導(dǎo)學(xué)生參與活動在活動中學(xué)習(xí)知識，對于學(xué)生們生物學(xué)核心素養(yǎng)培養(yǎng)會更加有幫助[2]。

參考文獻(xiàn)

[1]陳維.例談“細(xì)胞分裂”的模型建構(gòu)[J].生物學(xué)教學(xué)，2015（11）：25-26

[2]葉建偉.運(yùn)用模型方法提高課堂教學(xué)的效率[J].中學(xué)生物教學(xué)，2013（1）：28～30.

本文是2019年廣東省教育科研“十三五”規(guī)劃課題“物理模型在高中生物教學(xué)中的應(yīng)用實(shí)踐研究”，課題編號：2019YQJK308