高中生物學模型建構教學設計

【摘要】模型構建是生物學核心素養“科學思維”中重要的思維方法。人教版高中生物學教材必修2第2章第1節第一課時“減數分裂”內容抽象，染色體變化過程復雜，是學生學習的難點。本教學設計利用卡紙模擬染色體，對“減數分裂”過程進行模型建構，在幫助學生解決重難點的同時，培養了學生的“科學思維”生物學核心素養。

【關鍵詞】模型構建；減數分裂；教學設計

《普通高中生物學課程標準（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱新課標）中提出“科學思維”是高中生物學課程培養的核心素養之一，模型建構是高中生需要掌握的重要科學思維方法。建模教學（Modeling Teaching）是20世紀80年代在美國發展起來的一種教學方法，它可以解決傳統的“講授—示范”教學方法的很多問題，例如知識之間的割裂、學生學習的積極性不高等。

一、教學設計說明

“減數分裂”一節內容涉及的概念大都抽象難懂，因此借助模型將抽象概念具體化，學生學習時便會容易許多?！敖p數分裂中染色體變化的模型”是“減數分裂”中的一個重要模型建構，可以說“減數分裂”是“有絲分裂”知識的延伸，學好“減數分裂”不但能為學好孟德爾分離定律和自由組合定律等遺傳定律的細胞學打下基礎，還為后續學習基因突變和基因重組等知識做好鋪墊，可見“減數分裂”內容對遺傳和變異概念的理解有著極其重要的作用。

目前建構的模型已有較多形式，如毛線模型、軟磁鐵模型、撲克牌模型，以及橡皮泥模型等。與以上模型相比，本文提出的相對較新穎的手工卡紙減數分裂模型，所用材料易獲得、操作簡單。在教師的指導下，學生通過動手制作染色體模型模擬細胞減數分裂的關鍵過程，使學習充滿樂趣，從而自主建構知識，突破教學重難點，理解遺傳概念，掌握模型建構的科學思維。

二、學情分析

學生通過高中生物學必修1的學習，對有絲分裂過程中染色體的行為變化有一定的理解，對細胞分裂過程中的相關概念，如有絲分裂、著絲點、姐妹染色單體、赤道板、中心體、紡錘體、細胞板等概念也有較為準確的認知，并掌握了染色體、染色單體、DNA的數量判斷方法，以及上述三者變化規律的數學模型建構方法，這為學習減數分裂奠定了基礎。

三、教學目標

目標一：理解減數分裂次數、DNA復制時間、染色體行為等環節，提升科學思維水平，學習科學家不懈努力和奉獻科研的精神。

目標二：運用手工卡紙完成減數分裂模型的構建，培養學生的建模思維，使學生形成結構與功能觀。

目標三：通過對“減數分裂產生染色體減半，形成配子類型多樣”的學習，進一步結合受精作用使體細胞染色體數目恢復的原理，理解減數分裂在生物進化和物種多樣性方面的重要意義，形成進化與適應觀。

四、減數分裂手工卡紙模型的制作

1.材料準備

實驗材料：手工卡紙（兩種不同顏色）、細線（兩種不同顏色）、剪刀、鉛筆、橡皮、圓規、量尺、大頭針、泡沫板（A4紙大小）等。

2.制作模型及構建減數分裂過程

（1）制作模型。

①制作染色質模型。具體操作如下：用剪刀將黃色的細線裁剪成長度為3cm與5cm的2條細線，拿剪刀將藍色的細線裁剪成長度為3cm與5cm的2條細線，用這4條細線來表示染色質模型。

②制作染色（單）體模型。具體操作如下：取一張黃色手工卡紙平均對折，在其中的一面畫下長度2cm的細線，然后用剪刀剪下作為一條黃色染色（單）體模型。以得到的這條模型作為模板，繼續在黃色手工卡紙上畫出相同的模型，并用剪刀剪下，一共要得到30條（長度4cm）相同的黃色染色（單）體模型。再取一張藍色手工卡紙平均對折，在其中的一面畫下的細線長度4cm的細線，以同樣的方法一共要得到30條（長度6cm）相同的藍色染色（單）體模型。按照上面的方法，再得到顏色（藍色）相同、但長度不同（4cm和6cm）的染色體模型各30條。

（2）構建減數分裂過程（以2n＝4為例）。

①減數第一次分裂間期。準備一塊白色泡沫板（A4紙大?。涸谏厦娈嬕粋€足夠大的初級精母細胞的輪廓，并適當畫上紡錘體、中心體等結構，使模型更加直觀。大小能夠容納所做的4條染色質模型。接著把前面四條裁剪好的細線（染色質模型）用大頭針處理后，隨意放在泡沫板上的間期細胞內，呈現復制前的染色質狀態。

②減數第一次分裂。取4塊白色泡沫板（A4紙大?。?，分別在上面畫足夠大的前期、中期、后期、末期的細胞輪廓，并適當畫上紡錘體、中心體等結構，使模型更加直觀，大小能夠容納2對染色體模型。接著將前面得到的其中2對（長度相同、顏色不同，黃色代表父方，藍色代表母方）染色體模型用大頭針處理后，放在泡沫板上的前期、中期、后期、末期細胞內。

③減數第二次分裂。建構過程與減數第一次分裂各時期有相似之處，但也有區別，由于減數第二次分裂無分裂間期，減數第二次分裂前期細胞圖與減數第一次末期細胞圖相似。

五、教學過程

教師個人依據所帶班級數量提前準備相關資料、材料與用具，教學時將全班學生分為3～5組，每組一套制作染色體模型的材料。

1.回顧有絲分裂相關知識并導入減數分裂

教師提問：圖1中①所示受精卵發育成個體過程中，細胞是以什么方式來進行增殖的？學生討論、回答后，教師繼續提問：在有絲分裂過程中細胞分裂幾次？染色體復制幾次？染色體的數目和行為發生了哪些變化？學生討論、回顧有絲分裂相關知識。接著，教師繼續提問學生：圖1中②精子或卵細胞染色體數目減半的現象是通過哪種分裂方式進行的？還是有絲分裂嗎？這時學生能初步聯系到減數分裂。這時再繼續拋出問題：減數分裂的具體過程是怎樣的呢？

通過一系列問題，引導學生從有絲分裂內容過渡到減數分裂內容，具有較強的邏輯關聯性。

2.以精子的形成過程建構減數分裂模型

教師以精子的形成過程為例，在教學中先展示完整的精子形成過程，讓學生對減數分裂有一個整體印象，然后有步驟、有針對性地開啟建模教學的內容。

（1）減數第一次分裂建模過程。

①明確活動目的。教師利用多媒體展示減第一次分裂過程圖片，并講解具體制作手工卡紙染色體模型的過程。接著要求各小組運用課前發放的材料制作模型模擬減數第一次分裂各個時期的發生過程。學生認真傾聽模型建構要求并準備建構模型。

②分工合作。教師進一步建議各小組成員可根據材料來建構模型，但需注意以下幾點要求：一是各小組成員可分工合作，比如用畫圖，剪紙等任務進行分工；二是制作過程中應能靈活方便地展示同源染色體的聯會、四分體等現象；三是各小組需將減數第一次分裂各個時期的模型都制作出來，并將各時期的靜態模型按次序排列來展示一個完整過程。學生可按照教師的建議和要求進行分工合作。

③建構模型。教師根據之前展示的圖片，再次介紹減數第一次分裂過程，并引導學生開始建模。在建模過程中，教師在各個小組間巡回指導，及時發現學生在建模時可能遇到的困難，并適當地給出解決建議。學生按要求分小組開始建構減數第一次分裂模型。

④檢驗并評價。教師根據學生建?；顒油瓿傻那闆r后，邀請兩組成員展示并講解小組的模型。接著再請其他小組成員對展示和講解過程中可能出現的錯誤或表述不當之處進行評價。待學生互評完畢后，教師對兩組成員的模型進行總結性評價。教師在評價過程中要重點強調學生容易理解錯誤的幾個概念，比如同源染色體、四分體、聯會等；以及減數第一次分裂后期，由于同源染色體分開，非同源染色體自由組合，這樣可能會出現哪些組合類型等。兩小組成員分別展示并使用模型闡述減數第一次分裂過程，其他小組成員觀看、聆聽并對比自己小組的模型。學生討論評價已展示模型的優缺點。

⑤歸納及總結。教師根據各小組成員的成果，引導學生思考減數第一次分裂過程與之前所學有絲分裂過程的異同點，并對減數第一次分裂建模過程進行總結。學生再次對比教師之前展示的減數第一次分裂圖片及自己小組的成果，嘗試歸納減數第一次分裂和有絲分裂的異同點。

（2）減數第二次分裂建模過程。

教師展示減數第二次分裂過程圖片，學生再按照上述教學內容逐步來進行建模過程即可，最后同樣歸納減數第二次分裂和有絲分裂的異同點，教師再進行總結。

通過建模及對比、歸納來認識減數分裂和有絲分裂過程，并從中概括出減數分裂的概念，掌握模型建構的科學思維方法。

六、教學反思

手工卡紙材料容易獲得，個別學生會出現浪費材料（卡紙）的現象?？埬芮逦卣故靖鱾€時期染色體的數目及特點，但減數分裂過程中出現的交叉互換現象，是手工卡紙不能體現出來的。在建模過程中，由于個別學生動手能力、分工合作的能力都不夠強，對同源染色體這一概念理解不深刻，用了長度、顏色都相同的一對染色體模型來代表一對同源染色體，這其實是錯誤的。因此在進行建模教學前，教師有必要提前對各小組組長進行培訓、強化課前預習等的作用來提高課堂效率。

由于建構模型時任務較大，減數分裂過程中染色體、染色單體和ＤＮＡ數目變化這一重要內容可放在卵細胞的形成過程中讓學生學習和掌握。教師可適當布置跟本節內容有關的作業，為后續學習卵細胞的形成過程打下基礎。

【參考文獻】

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