高中生物學圖像題的教學策略

常芳芳

(深圳外國語學校龍華高中部 廣東深圳 518000)

高中生物學涉及很多曲線圖和柱形圖,如常見的光合作用曲線、酶活性曲線、細胞分裂曲線和柱形圖、種群數量變化曲線以及植物激素之間相互作用的曲線圖和柱形圖等,其中不少圖像題是考查重點,同時也是學生做題時的難點。為幫助學生解決此類疑難雜癥,進而達到增分的目的,教師整理了解決不同圖像題的方法,以供借鑒。

1 以實驗現象為載體,從宏觀到微觀分析光合作用曲線

僅僅從文字角度去準確理解并區分凈光合速率、總光合速率和呼吸速率,大部分學生感覺像“霧中花”。學生對實驗現象很感興趣,也急切地想要弄清楚實驗現象背后的原理,教師可以抓住學生的心理,嘗試通過實驗“探究光照強度對光合作用強度的影響”,引導學生從宏觀到微觀層次分析“三率”,進而使學生理解光合作用曲線的橫縱坐標、特殊點以及變化趨勢。下文展示了教師的具體教學過程。

學生預習實驗“探究光照強度對光合作用強度的影響”,教師引導學生分析此實驗的自變量、自變量的設置方法、因變量和實驗的觀察指標,隨后播放實驗的操作視頻,提出疑問:為什么在黑暗環境下葉片會沉于水中?隨著光照強度的升高,下沉的葉片為什么又會逐漸上浮?

基于實驗現象,分析如下:在黑暗條件下,葉片細胞不能進行光合作用,只能進行細胞呼吸。由于CO2易溶于水,葉片細胞間隙沒有氣體,所以葉片會沉在水底。此時,葉片細胞單位時間內從外界吸收的O2量或釋放的CO2量代表該葉片細胞的呼吸速率,如圖1 中A所示。當給予弱光時,葉片細胞既可以進行光合作用,又可以進行細胞呼吸(整個實驗過程中的呼吸作用強度默認不變),但葉片仍沉在水底,說明呼吸作用強度大于光合作用強度,光合作用產生的O2量不能滿足呼吸作用所需,葉片細胞需要額外從外界吸收O2,呼吸作用產生的CO2量超過光合作用所需,多余的CO2釋放到外界,此時產出(總光合速率)低于內需(呼吸速率),凈積累量(凈光合速率)小于0,如圖1 中B所示。繼續增加光照強度,光合作用逐漸增強,當達到一定光照強度時,呼吸作用強度會等于光合作用強度,此時葉片仍沉在水底,葉片細胞與外界環境之間沒有氣體交換,產出(總光合速率)等于內需(呼吸速率),凈積累量(凈光合速率)為0,如圖1 中C所示。在光合作用強度等于呼吸作用強度后,隨著光照強度增加,光合作用繼續增強,葉片逐漸上浮,說明呼吸作用強度小于光合作用強度,呼吸作用產生的CO2量不能滿足光合作用所需,葉片細胞需要額外從外界吸收CO2,同時光合作用產生的O2量可以滿足呼吸作用所需,多余的O2釋放到外界環境中,此時產出(總光合速率)高于內需(呼吸速率),凈積累量(凈光合速率)大于零,如圖1 中D所示。基于上述分析過程,教師建立光照強度和凈光合速率曲線圖(圖2),并借此引出光補償點、光飽和點、CO2濃度對光合作用強度的影響以及其在生產實際中的應用等內容。

圖1 不同光照強度下呼吸速率與光合速率的比較

圖2 光照強度對光合作用影響的曲線圖

此類教學方法也可以應用于溫度、pH對酶活性影響的曲線,以及種群數量變化曲線等。

2 “歸納法”攻克有絲分裂和減數分裂過程中物質變化曲線圖與柱形圖

有絲分裂和減數分裂過程復雜,涉及的名詞眾多,一直是教學內容中的重難點。不同細胞分裂時期染色體、核DNA、染色單體等數目變化的曲線圖、柱形圖和科研文字信息題更是學生學習中的疑問點和難點,尤其當遇到曲線圖和柱形圖時,學生大多感到無所適從,心中恐慌。教師可以化繁為簡,引導學生學會歸納整理不同細胞分裂時期染色體、核DNA 和染色單體等數目變化的規律,從而為學生提供“腳手架”,幫助學生攻克此類難題。

2.1 “三步法”分析有絲分裂和減數分裂過程中物質變化曲線圖

教師講解有絲分裂和減數分裂過程時,可以引導學生歸納不同時期染色體、核DNA 和染色單體等數目變化的情況及原因,可指導學生按以下三步進行。第一步:看“斜線”區分核DNA 和染色體的數量變化曲線。曲線中存在斜線,是核DNA 數量變化曲線;不存在斜線,則是染色體數量變化曲線。第二步:看“結果”區分細胞增殖的方式。起點與終點的物質數目相同,是有絲分裂;終點是起點物質數目的一半,則是減數分裂。第三步:找出引起物質發生變化的原因及原因對應的時期,依據時期變化,分段找出各線段對應的時期,如圖3所示。

圖3 有絲分裂和減數分裂物質變化的原因及對應時期

【例1】圖4 是細胞分裂和受精作用過程中核DNA 含量和染色體數目的變化,據圖分析可以得出的正確結論是()

圖4 細胞分裂和受精作用過程中核DNA含量和染色體數目的變化

A.a、c 階段為有絲分裂,b 階段為減數分裂

B.M 點時細胞中的DNA—半來自父方,一半來自母方

C.GH 段和OP 段,細胞中含有的染色體數目相等

D.MN 段發生了核DNA 含量的加倍

試題解析:本題中已知核DNA 和染色體含量曲線,即已完成了第一步。第二步是看結果區分細胞的增殖方式。a 時期,起點與終點的核DNA 含量相同,則表示進行有絲分裂;b 時期,起點與終點的核DNA含量不同,表示進行減數分裂;c 時期,起點和終點的染色體數目相同,表示有絲分裂。第三步是找出引起物質發生變化的原因及原因對應的時期。核DNA 含量加倍的原因是S 期DNA 復制,減半原因是細胞一分為二,因此,AC 段為有絲分裂的S 期;CD 段為有絲分裂的G2期、前期、中期、后期和末期;FG 段為減數分裂的S 期;GH 段為G2期和減數分裂Ⅰ的整個時期;ⅠJ 段為減數分裂Ⅱ的整個時期;LM 段表示受精作用。染色體加倍的原因是后期的著絲點分裂,減半原因是末期細胞一分為二,因此,MN 段為有絲間期、前期和中期;OP 段為有絲后期和末期。根據以上分析可知,a 階段為有絲分裂,b 階段為減數分裂,c 階段為受精作用和有絲分裂,A 錯誤;M 點時發生受精作用,細胞核中的DNA 一半來自父方,一半來自母方,B 錯誤;GH 段染色體數是OP 段染色體數的一半,C 錯誤;MN 段為有絲分裂間期、前期和中期,D 正確。

2.2 “二看法”分析有絲分裂和減數分裂過程中物質變化柱形圖

對比有絲分裂和減數分裂圖像,教師引導學生分析染色體數目的變化規律,歸納如圖5所示結果。

圖5 有絲分裂和減數分裂染色體數目變化規律

當學生做題遇到有絲分裂和減數分裂物質變化的柱形圖時,教師可給學生提供如下解題思路:一看染色單體,區分染色單體、染色體和核DNA 數;染色單體會出現0,當染色單體存在時,染色體數∶核DNA 數∶染色單體數=1∶2∶2,如圖6所示,據此可區分染色體和核DNA。二看染色體數,根據歸納的規律找出對應的時期。

圖6 有絲分裂和減數分裂染色體數、染色單體數與核DNA 分子數的關系

【例2】圖7 表示某雌果蠅進行減數分裂時,處于四個不同階段的細胞(Ⅰ～Ⅳ)中相關結構或物質的數量。下列有關表述中正確的是()

圖7 四個不同階段的細胞中相關結構或物質的數量

A.在Ⅰ階段的細胞內,可能發生了著絲點分裂

B.在Ⅱ階段的細胞內,可能沒有同源染色體

C.在Ⅲ階段的細胞內,可能發生DNA 的復制

D.在Ⅳ階段的細胞內,可能含有同源染色體

試題解析:利用“二看法”解題。一看染色單體,依據染色單體會出現0 可知,是染色單體。依據染色單體存在時,染色體數∶核DNA 數∶染色單體數=1∶2∶2 可知,是核DNA,是染色體。二看染色體數,果蠅體細胞中染色體數為2n=8,Ⅰ染色體數是2n,無染色單體,按照歸納的圖表,可找出Ⅰ可表示卵原細胞或減數分裂Ⅱ的后與末期,因此,在減數分裂Ⅰ階段的細胞內,可能發生了著絲點分裂,A 正確;Ⅱ染色體數是2n,有染色單體,Ⅱ可表示G2 期或減數分裂I 的整個時期,因此,在Ⅱ階段的細胞內有同源染色體,B 錯誤;Ⅲ染色體數是n,有染色單體,Ⅲ可表示減數分裂Ⅱ的前期或中期,因此,在Ⅲ階段的細胞內不可能發生DNA 的復制,C 錯誤;Ⅳ染色體數是n,無染色單體,Ⅳ可表示卵細胞或極體,在Ⅳ階段的細胞內,不可能含有同源染色體,D 錯誤。

3 小結

理解以上解題方法之后,對學生來說,更重要是通過習題分析、運用和強化。由于遇到的習題會發生變化,因此,學生需要融會貫通,舉一反三,從而增強解題的幸福感,擺脫對該類題型的恐懼感。在以后的學習中,教師可以引導學生理清解題思路,嘗試歸納整理相應習題的解題方法,幫助學生攻克難題。