用模型建構的方法突破有絲分裂的難點知識

陳秋來

摘 要 介紹通過引導學生通過制作染色體行為變化的物理模型、建構數學模型、再由數學模型總結出概念模型(有絲分裂的特征）,幫助學生很好地理解有絲分裂過程中，各時期染色體行為和數目的變化，以及DNA數量的變化。

關鍵詞 模型建構 有絲分裂 生物學教學

中圖分類號 G633.91 文獻標識碼 B

教育部頒布的《普通高中生物課程標準（實驗）》中提出“要讓學生領悟生物科學理論或模型的科學美”，并把它規定為高中學生必須掌握的科學方法之一，這是我國中學生物學課程發展歷史上第一次如此重視“模型”。在模型建構活動中，往往需要參與者進行觀察或實驗，需要進行歸納和演繹；需要運用已有知識進行假設、模擬，將復雜的事物進行簡化；需要將頭腦中抽象的概念具體化、形象化，并身體力行。通過親身參與這樣的活動，學生可以在探索中體會到模型建構的方法，獲得成功的喜悅，同時將模型方法內化為認知圖式，獲得認知水平上的提升。

在實際課堂教學中，許多教師通常會以課時緊、建構模型的活動費時等理由以動畫課件直接呈現模型進行教學，而相當多的學生仍然云里霧里，因為他們心中只有結論，沒有過程，不知模型中滲透著生物學的基本原理。這樣的教學有效性不高，這與課改中倡導的提高教學有效性也是背道而馳的。

“細胞增殖”是高中生物教材中的一個重點知識，其中“有絲分裂過程中染色體的行為和數目變化規律”是教學的重點也是教學難點。筆者在進行“有絲分裂”的教學時，充分運用模型建構的方法突出重點，突破難點，收到很好的效果。現將難點的突破過程介紹給大家，請同仁們指教。

1 突破難點的步驟

1.1 建構物理模型

在學習完有絲分裂過程后，讓學生用橡皮泥通過制作染色體行為變化的物理模型，理解有絲分裂過程中染色體行為變化。

1.2 建構數學模型

由學生填寫有絲分裂過程中各時期染色體行為和數目的變化以及DNA和染色單體數量的變化的表格。最后通過畫曲線圖形式（數形轉換）加深對有絲分裂過程中各時期染色體、DNA和染色單體數量變化的理解。

1.3 建構概念模型

由數學模型總結出有絲分裂的特征和意義 (概念模型），幫助學生完成對有絲分裂本質的認識。

2 設計思路

2.1 教學設計的出發點

教材的地位：“細胞增殖”是高中生物教材中的一個重點知識，主要包括細胞周期概念、動植物的有絲分裂過程特征、有絲分裂過程中染色體、DNA和染色單體的變化過程、無絲分裂的概念及特點，其中有絲分裂是教學的重點也是教學難點，有絲分裂是生命科學重要的基礎性內容，為后續減數分裂、遺傳和變異的學習打下基礎。

學生的情況：在以往的教學過程中，筆者發現學生對有關“有絲分裂過程中染色體的行為和數目變化規律”知識易模糊、混淆，不能深刻理解，會直接影響必修2中減數分裂、遺傳和變異內容的學習。為了解決教學重點、突破教學難點和學生的困惑點，實現教學目標，進行如下教學設計。

2．2 教學設計思路

教學設計思路表述如下（以人教版必修1教材為例）：

（1） 對“植物細胞有絲分裂過程”嘗試在課堂教學中通過模擬動畫逐步展示高等植物有絲分裂各時期的動態過程，著重講清楚各個時期細胞發生了什么變化和各個時期的染色體特點。

（2） 對“動物細胞有絲分裂的過程”采用比較法進行教學，培養學生的自主學習的能力。

（3） 在學習完有絲分裂過程后，嘗試在課堂教學中運用“建構物理模型”方法，使學生通過用橡皮泥自己動手構建物理模型，產生深刻的感性認識，理解有絲分裂過程中染色體的變化。

（4） 對“有絲分裂過程中染色體、DNA、染色單體的數量變化”采用“建構數學模型”教學方式來優化課堂，通過“小組合作交流、展示與相互評價”的形式開展教學活動。

（5） 對“有絲分裂特征和意義”采用“建構概念模型”教學方式來優化課堂，幫助學生完成對有絲分裂本質的認識。

3 模型建構活動的教學組織過程

3.1 活動要求

分組：每大組中前后桌4人為一個學習小組，4人合作，模擬有絲分裂染色體動態變化過程。

模擬：在卡紙上模擬“前期細胞”→“中期細胞”→“后期細胞”的有絲分裂過程。同時填寫好表格內容。

評價：請各位同學比較哪一個大組完成的物理模型最能體現植物細胞有絲分裂過程前期、中期、后期的特點。

3.2 活動注意事項

假設某植物的體細胞染色體數為2對（告訴學生體細胞中染色體數是成對存在的）。

課前為每個學習小組準備好2種顏色的橡皮泥代表染色體，比A4紙大一些的卡紙（代表植物細胞）和毛線若干（代表紡錘絲）。

橡皮泥的準備：橡皮泥可以自制，也可以到文具店購買。

（1） 自制的方法：一杯半面粉，半杯鹽，1/4杯植物油，大約1/4杯水，再加幾滴食用顏料，混合在一起，揉捏至柔軟。如果面團太濕則加少許面粉，反之加少許水。繼續揉捏直至面團柔軟并且顏色混合均勻。裝進密封容器或塑料袋，放入冰箱冷藏。另外還可以加一些凡士林起防腐作用。

（2） 橡皮泥購買來后的處理：購買來的橡皮泥每盒中的有多種顏色，可以采用每4盒作為一個單位進行歸并，這樣就可以保證每個小組分到的橡皮泥只有兩種顏色，以便活動的進行。

（3） 橡皮泥過干的處理：可以在使用過程中加一些水，揉勻即可。

3.3 學生活動過程

材料的準備：用同種顏色的橡皮泥做出4條染色單體（染色體），其中兩條長度約為6 cm，另兩條長度約為4 cm。用另一種顏色的橡皮泥也做出的4條染色單體（染色體），其中兩條長度約為6 cm，另兩條長度約為4 cm。同時告訴學生同一種顏色的染色體表示來自同一個親本，為今后學習同源染色體的概念打下伏筆。

前期細胞的制作：把顏色、長度相同的兩條染色單體用同一種顏色的橡皮泥粘在一起，代表有絲分裂開始時已完成復制的染色體。把做好的染色體放在前期細胞（用卡紙表示一個植物細胞）內，用毛線代表紡錘絲。

中期細胞的制作：把染色體橫向排列在細胞中央的赤道板處。

后期細胞的制作：把姐妹染色單體分離，成為獨立的染色體，并將染色體分別拉向細胞的兩極。盡量一次移動所有的染色體，像在活細胞中發生的那樣。

嘗試在卡紙上動態模擬有絲分裂過程中的“前期細胞”→“中期細胞”→“后期細胞”中染色體行為變化過程。

完成實驗記錄表（表1）的填寫（建構數學模型）。

將表格中的記錄的數據繪制成曲線圖（學生通過討論，繪制染色體、DNA及染色單體的數量變化曲線）。

3.4 歸納總結

學生成果展示后，先由學生進行互評，然后教師總結評價，從中明確數量變化曲線中各拐點產生的原因和結果。學生利用數量變化曲線做相關練習題。

教師引導學生利用圖表歸納出有絲分裂的本質（特征）和意義（建構概念模型）。

有絲分裂過程學習的嘗試在課堂教學中運用模型建構方法，能使學生通過自己動手構建物理模型，產生深刻的感性認識，理解有絲分裂過程中染色體的變化，再由物理模型轉換為數學模型，最后上升為抽象的概念模型，幫助學生完成對有絲分裂本質的認識。同時也與新課標提出“要讓學生領悟生物科學理論或模型的科學美”的要求相吻合。教學中教師引導學生在構建模型過程使學生獲得知識和能力的同步發展，同時在合作交流、展示和相互評價中處于愉快、積極主動求知的精神狀態下，既完成了學習任務又能獲得一種滿足和快樂，這樣可以大大提高教學的有效性。