創設建模活動 培養科學思維*

唐家友 王舒婧

（1 深圳市龍華區教育科學研究院 廣東深圳 518109 2 深圳市龍華區民治中學教育集團 廣東深圳 518109）

構建模型是科學研究的核心實踐活動之一，建模教學，涉及模型的構建、模型的評價與修正，可幫助學生深入理解知識形成的過程[1]。7 年級學生學習人教版生物學上冊中“細胞通過分裂產生新細胞”這節內容, 需要學生認知水平由宏觀跨入微觀，并具備一定的想象力，學生短時間內很難適應。因此，細胞分裂的基本過程及細胞分裂過程中染色體的變化成為本節課的教學重、難點。教師創設建模活動，輔助學習，有利于學生跨越思維障礙，獲得良好的教學效果。

1 模型的準備及建模問題的提出

1.1 教師準備模型材料 教師提前準備好模型材料（圖1）。3 種細胞模型（原細胞、分裂過程中的細胞、新細胞，用A4 紙打印）；白色和黑色的染色體模型貼紙若干，每種顏色有2 種形狀（整條染色體、半條染色體），模型材料至少準備9 套。

圖1 細胞及染色體模型

1.2 建模問題的提出 閱讀教材第57 頁的最后一段，根據“在細胞分裂時，染色體會進行復制”和“細胞分裂過程中，染色體均分成完全相同的2份，分別進入2個新細胞中”“2個新細胞與原細胞的染色體形態和數目相同”等概念，學生結合手中的細胞模型，在空白處選擇并貼上不同的染色體模型，從而構建細胞分裂過程中染色體的大致變化模型。

2 建模活動的完成

2.1 建模的過程 學生分成9 個小組，每組4 ～5人,學生通過合作探究完成。教師用手機拍下每個小組的模型并展示。

2.2 建模的結果 9 個學習小組共創建5 種不同的模型（表1）。

表1 9 個小組構建模型統計結果

3 模型的評價與修正

3.1 評價與修正的思路設計 每組模型的評價與修正都是先由小組代表介紹建模的思路和想法，然后，其他小組提出不同的看法，展開辯論，教師適時進行評價和總結。先評價與修正第1、第6、第8、第9 小組的模型，然后是第3、第4、第5小組的模型，最后是第2、第7 組的模型。

3.2 評價與修正過程 學生共設計了5 種模型，但有4 個小組構建的是第1 種模型，涉及的學生人數最多，問題比較典型且有代表性。教師請1組的學生代表介紹該模型。學生1 介紹：因為新細胞的染色體數量不能增加，所以原細胞的染色體要一分為二，進入新細胞。經教師引導和啟發，學生2 代表其他組發表不同意見：新細胞的染色體數量雖然沒有增加，但這樣分裂的結果使染色體越來越小，遺傳物質會逐漸減少。教師提示：實際上，新細胞中染色體不僅數目不變，形狀也應該保持不變，才符合“2 個新細胞與原細胞的染色體形態和數目相同”的原則。如何保證這一原則？學生3 補充：從課外書中了解到，人體細胞中染色體數目相同，都是23 對，而且是復制之后分開的，這樣就不會出現半條染色體。學生4 進一步說明：如果一開始時細胞中有23 對染色體，細胞分裂后就只有原來的1/2，再分裂剩1/4……越來越小，則細胞內就不可能保持原有的23 對染色體，因此，應該是整條復制后分開。教師評價：1 組模型所示的分裂方式，新細胞中染色體的數目并沒有增加，但會使分裂后新細胞內的染色體越來越小，染色體上的遺傳物質DNA 也會隨之變化。可見，這種模型不合理。其他幾種模型也按相同思路進行評價與修正。

4 建模教學的反思

4.1 建模教學應重視概念的生成 學生通過動手完成模型的構建任務，初步建成細胞分裂的過程、新細胞、染色體形態和數目、染色體復制、染色體均分等這些小概念。通過修正與評價模型，學生就會豐富概念的內涵和外延,加深對概念之間的融合和拓展。深度理解“細胞分裂過程中，染色體形態和數目發生變化，最后導致新細胞與原細胞染色體形態和數目、遺傳物質相同”這個新的大概念（圖2）。教師要求構建的模型，不是簡單的物理模型的復制與構建，而是對染色體變化趨勢的模型構建，有一定的延伸性，為高中階段學習有絲分裂打下堅實的基礎。

圖2 建模活動促進新概念生成

4.2 建模教學應重視科學思維的培養 染色體變化的模型構建，按照學生自學、小組內部討論、知識歸納概括、推理模型、合作構建模型、組間修正與評價模型、確定模型等過程展開。每個步驟都在培養學生的科學思維。許多學生都參與了模型的修正與評價的發言，課堂參與度極高。雖然有些學生口頭表達并不嚴謹，甚至有些費解或錯誤，但學生經歷了頭腦風暴，圍繞染色體的數目和形狀的變化展開思辨；師生、生生的交流、辨析，思維的碰撞，也有利于培養學生的批判性思維。

建模教學不僅會直接影響核心素養中“科學思維”的落實，也會間接影響生命觀念的達成。該片段的教學不僅是教師講解和演示的過程，也是師生交流、共同發展的互動過程。

4.3 建模教學設計應注意評價的順序 因為對初中生掌握細胞分裂過程的細節要求不能太高，所以只要求學生設計細胞分裂2 個時期染色體變化的模型。教師對學生構建模型的評價，一定要先展示需修正且出錯的小組較多的模型，最后，才展示正確的模型，這樣就能有更多的交流。多鼓勵學生發言，充分表達自己的想法。

4.4 建模教學需教師全情投入 劉恩山教授[2]指出：在課時教學計劃階段，教師要有針對性地設計學生主動參與的學習活動和實踐機會，這是最難、最需要投入的工作。在課堂中融入模型構建，是學生主動學習和實踐的一種方式，需要教師有一定的建模知識和創新意識，掌握一定的信息技術；需要教師結合教材內容查閱資料，準備適量的教具；需要教師對模型的屬性、功能精準定位。