模型構建助力科學思維發展
——以“有絲分裂中同位素標記分析”為例

呂翠香

（廣東省江門市新會第一中學 廣東江門 529100）

生物學教學中很多知識都是在微觀水平上進行的，如“有絲分裂中同位素標記DNA”的知識抽象、變化復雜且題目難度大。不少學生對此理解困難，解題耗時長且正確率低。筆者借助模型構建活動將抽象知識形象地展現出來，引導學生體驗“解決難點—歸納方法—提升能力”的喜悅，在培養學生科學思維發展的過程中，激發學生樂于解題的欲望。

1 制作模型，激活科學思維

有絲分裂過程中被同位素標記的DNA變化復雜，只通過教師的講授，學生很難將其內化并加以應用。因此，設法讓學生的“手動起來”是促進學生思考的重要手段，課前制作模型是其中一方面。

課前，教師布置每個學生小組準備如圖1所示的兩種模型若干張（中間未畫DNA鏈）。在課堂活動中，學生可以根據題目的具體情境進行分析，在模型上用紅筆或黑筆畫曲線，來模擬有絲分裂過程染色體中DNA鏈的標記情況（紅色代表被同位素標記，黑色代表未標記）。這樣的活動有利于學生掌握DNA半保留復制與有絲分裂過程的聯系。

此模型可以用白紙或軟磁貼等材料進行制作，取材方便，制作難度低，工作量小，操作性強。制作模型的過程有利于激發學生的發散思維，把有絲分裂、減數分裂、基因重組、DNA復制等知識與模型聯系起來，有利于促進課堂建模的有效生成。

2 合作建模，發展科學思維

2.1 了解學情，精準問診

教師首先展示例題，了解學生學情：

將某植物根尖細胞（2n＝4）的DNA分子雙鏈用放射性元素標記，然后移入普通培養液中，讓細胞連續進行有絲分裂。如圖2所示，判斷第二次有絲分裂結束后，每個子細胞中的染色體標記情況最可能是（ ）

A.2個b，2個c

B.2個d，2個e

C.4個d或4個e

D.d+e=4個，但d和e數目不確定

參考答案：D。

分析：通過例題解答，教師發現學生的疑惑點集中出現在“第二次有絲分裂后期”染色體的標記情況，因此幫助學生理解該時期的變化本質是解決此類型題的關鍵步驟。

2.2 模型構建，聚焦難點

課堂建模是讓學生的“手動起來”以促進思考的第二方面。在小組建模活動中，學生能夠理解第一次有絲分裂全過程和第二次有絲分裂前期、中期的染色體標記情況，并把結果準確記錄在表1中。

表1 建模記錄表

2.3 動態演示，精準突破

針對學生對第二次有絲分裂后期的理解不夠全面的問題，教師通過演示其“動態變化過程”，幫助學生逐步理解。為模擬“后期的著絲點分裂，染色單體分開，兩條子染色體移向兩極是隨機的”動態變化過程，教師把“第二次有絲分裂中期”的染色體制作成活動狀態（圖3），由一個d和一個e疊放在一起形成b（實線代表被同位素標記的鏈，虛線代表未被同位素標記的鏈），因此該中期細胞的4個b是可拆分可移動的，為動態演示作好準備。

學生首先在黑板上模擬著絲點分裂，染色單體分開，得到4個d和4個e的動態過程。接著，學生模擬染色體“隨機”移向細胞兩極，動態演示多種可能性。此時，通過教師的引導，學生觀察分析得出：無論怎樣移動，后期染色體的總數都是“（d+e）為8”。最后，根據“后期移向每一極的染色體”與“子細胞的染色體”相同的特點，學生得出：每個子細胞中染色體標記的情況為“（d+e）為4個，但d和e數目不確定”。教師通過建模幫助學生直觀理解了教學難點，同時激發了學生參與建模的積極性。

3 歸納方法，提升科學思維

教師進一步引導學生對典例進行分析與歸納，使學生在面對類似題目時能夠做到舉一反三。學生根據表2，比較兩次有絲分裂各時期的染色體情況發現：間期、前期和中期的染色體標記情況是相同的；子細胞的染色體標記情況取決于后期染色體的移動情況。因此，無論題目是求第二次還是第三次有絲分裂，無論題目是問哪個時期的標記情況，準確判斷“間期”和“后期”是解決此類題目的關鍵步驟。

表2 兩次有絲分裂各時期的染色體情況

4 變式訓練，提高思維品質

變式訓練是加強學生學以致用能力的重要途徑。教師把以上典例改編為“判斷第三次有絲分裂中期，每個細胞中的染色體標記情況最可能是________”。學生從判斷“第三次分裂間期”關鍵步驟入手（圖4），根據“第二次有絲分裂結束后形成的子細胞情況為（d+e）為4，但d和e數目不確定”，進一步確定“第三次有絲分裂間期的染色體標記情況是（b+c）為4，但b和c數目不確定”。這樣，第三次有絲分裂中期的答案隨之即出，此過程有助于提高學生的知識應用能力。

有絲分裂中同位素標記題目千變萬化且難度較大，難以做到每次均借助軟磁貼輔助分析。在掌握上述解題方法的前提下，教師要引導學生在作業、測驗中多使用畫圖輔助分析，結合題目具體情境畫出關鍵時期的細胞圖（間期或后期），用紅線和黑線（或“實線和虛線”）代表標記與未標記DNA鏈，在不同的情境中熟悉運用該解題方法，提高解題速度與正確率。

由上可見，模型構建能有效助力科學思維的發展，培養學生的動手能力、觀察能力與歸納能力，使學生能夠在合作交流中分析問題并解決問題，掌握必備知識，提升生物學學科核心素養。