多模型結合分析比較細胞分裂

湯良文

細胞分裂是基本的生命活動之一，真核細胞的分裂方式包括無絲分裂、有絲分裂和減數分裂。有絲分裂和減數分裂是個體生長、發育、遺傳變異等生命現象的基礎，其中學習和掌握有絲分裂和減數分裂過程中DNA、染色體等含量變化規律是教學的難點，過程復雜，題型多變，是理解遺傳規律的基礎。

一、減數分裂過程中相關數量變化的模型分析

1.模型構建的程序

首先，認識基本概念是建模的基礎，這里面涉及很多概念，如同源染色體、染色單體、聯會、四分體等，理解這些概念之間的相互關系是學習減數分裂的基礎；其次，學習和認識減數分裂的過程，尤其是此過程中染色體的數量和行為變化；第三，再以人體精卵細胞的形成過程為例構建數學模型，這種數學模型可以以表格的形式表示減數分裂過程中染色體、染色單體、DNA等數量變化規律，也可以以曲線圖的形式描述其數量變化規律，表格模型可以讓學生在教師的指導下獨立完成，曲線模型可以指導學生嘗試構建；第四，構建人體性原細胞減數分裂過程中染色體、染色單體、DNA等數量變化規律的模型。模型如下：2.模型要點

根據構建模型的順序和要求得到如上模型（模型分析一）。要點如下：

（1）N和2N的含義；

（2）人體生殖細胞形成過程中染色體、染色單體及DNA的數量變化的表格模型；

（3）染色體、染色單體及DNA變化的曲線模型；

（4）人體生殖細胞形成過程中染色體、染色單體及DNA的數量變化的物理模型。

3.模型分析

掌握染色體的行為和數量變化才能掌握減數分裂的實質。由于染色體是遺傳物質DNA的載體，通過模型分析我們就能更好地認識遺傳物質在世代中的傳遞方式。數學模型雖然讓我們直觀地認識有關量的變化規律，但解決具體問題時仍比較棘手，尤其是涉及人體細胞的減數分裂時。所以以人體細胞減數分裂為例構建物理模型能更加具體地幫助我們認識染色體等的變化規律，在此基礎上更深刻地認識減數分裂的過程實質。

數學模型有利于我們認識染色體、DNA等的變化趨勢和規律；而物理模型更加突出染色體的行為變化，并有助于理解染色體行為變化和遺傳物質DNA數量變化的關系，所以能使學生更好地在染色體的水平上認識DNA在有性生殖過程中的傳遞方式。不同模型的結合從不同的角度認識減數分裂的過程和實質，幫助學生更加深刻地理解有性生殖的實質，能取得理想的教學效果。

二、有絲分裂過程中相關數量變化的模型分析

1.模型構建的程序

首先，認識染色體和DNA的關系是建構模型的基礎；其次，認識有絲分裂的過程，尤其是熟悉染色體在有絲分裂過程中的行為變化；第三，再以人體精卵細胞的形成過程為例構建數學模型，通過數學模型反映有絲分裂過程中染色體、染色單體、DNA等數量變化規律，模型可以以表格的形式表示，也可以以曲線圖的形式描述；第四，以人體精卵細胞的形成過程為例構建物理模型。模型如下：

2.模型要點

（1）N和2N的含義；

（2）人體體細胞分裂過程中染色體、染色單體及DNA的數量變化的表格模型；

（3）染色體、染色單體及DNA變化的曲線模型；

（4）人體體細胞分裂過程中染色體、染色單體及DNA的數量變化的物理模型。

3.模型分析

掌握有絲分裂過程中染色體、DNA等行為變化和數量變化規律才能理解有絲分裂的實質，才能理解有絲分裂在個體的生長、發育以及遺傳和變異等生命活動過程中的意義。

以人體細胞的分裂為例，通過不同模型的結合從不同的角度直觀地再現和分析染色體等相關數量變化規律，借助數學模型可直觀地分析各種量的變化趨勢，借助物理模型可直觀地分析染色體的行為變化，由此能幫助學生更好地理解如何通過染色體的分離把復制的兩個DNA分配到兩個子細胞當中去。

在教學中，教師應構建物理模型分析染色體行為的具體變化，指導學生嘗試構建曲線模型，培養學生思維轉換能力和建模能力。

三、利用模型解決相關試題

【例1】某動物的精原細胞在減數分裂過程中形成4個四分體，則次級精母后期細胞中染色體數、染色單體數和DNA分子數為（）。

A.4、8、8B.2、4、8C.8、16、16D.8、0、8

解析：4個四分體有8條染色體，減數第一次分裂結束，染色體數減半。減數第二次分裂后期著絲點分裂，染色體暫時加倍，為8條，DNA也為8個，染色單體降為0。可以根據染色體、DNA的變化曲線直接判斷，曲線初始染色體、DNA為8，也可以通過物理模型直接判斷。答案為D。

【例2】某真核生物的體細胞有絲分裂后期染色體數為8，那么該細胞有絲分裂前期染色體、染色單體及DNA數分別是（）。

A.4、4、8B.8、4、8C.4、8、8D.4、8、4

解析：由有絲分裂過程的曲線模型可以直接判斷后期染色體為8，前期染色體就是4，可以直接判斷DNA的含量，通過物理模型也可直接判斷。答案為C。

（責任編輯黃春香）endprint