巧用物理模型破解細(xì)胞分裂的難點(diǎn)

丁素萍

摘 要：生物模型分為物理模型、概念模型、數(shù)學(xué)模型。構(gòu)建模型教學(xué)法是生物教學(xué)中通常使用的教學(xué)法。細(xì)胞分裂這部分內(nèi)容的難點(diǎn)是理解和掌握細(xì)胞周期曲線圖中各時(shí)期的分界點(diǎn)；細(xì)胞分裂中染色體、染色單體、DNA的變化規(guī)律；區(qū)分被同位素標(biāo)記之后DNA和染色單體的變化等。引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建物理模型，以實(shí)物或圖畫(huà)的形式直觀地表達(dá)認(rèn)識(shí)對(duì)象的特征。由于物理模型具有直觀的特點(diǎn)，因此對(duì)比較抽象、難以理解掌握的難點(diǎn)知識(shí)，學(xué)生可以通過(guò)親身體驗(yàn)和感受，把煩瑣的知識(shí)簡(jiǎn)單化，從而深入理解和掌握。

關(guān)鍵詞：物理模型；細(xì)胞分裂；難點(diǎn)

中圖分類號(hào)：G633.91 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 收稿日期：2020-04-22 文章編號(hào)：1674-120X（2020）15-0106-02

高中生物有絲分裂和減數(shù)分裂的內(nèi)容，對(duì)理解能力強(qiáng)的學(xué)生來(lái)說(shuō)，通過(guò)觀看動(dòng)畫(huà)、幻燈片，就能很好地理解掌握；但對(duì)學(xué)習(xí)能力弱、注意力不易集中的學(xué)生來(lái)說(shuō)，看圖片時(shí)，看前忘后，學(xué)習(xí)難度大，耗時(shí)長(zhǎng)，并且容易把減數(shù)分裂和有絲分裂的特征混淆。如果本部分內(nèi)容學(xué)得困難，就會(huì)直接嚴(yán)重影響學(xué)生學(xué)習(xí)生物的興趣和對(duì)整個(gè)必修二內(nèi)容的學(xué)習(xí)。因此，需要一種教學(xué)方式使學(xué)生能放慢速度、認(rèn)真理解，并且能親身體會(huì)。利用物理模型的教學(xué)就可達(dá)到上述目的。

一、利用物理模型使抽象的細(xì)胞周期內(nèi)容變得簡(jiǎn)單易懂

在學(xué)習(xí)有絲分裂時(shí)，細(xì)胞周期是一個(gè)重要的概念，雖然概念學(xué)起來(lái)簡(jiǎn)單，但做題卻不易。

例如，下面這道題既有同位素標(biāo)記法，又有細(xì)胞周期曲線圖。班里沒(méi)有一個(gè)學(xué)生全部做對(duì)。

在某種生物的培養(yǎng)液中加入用3H標(biāo)記的胸腺嘧啶脫氧核苷酸。短暫培養(yǎng)一段時(shí)間后，洗去3H標(biāo)記的胸腺嘧啶脫氧核苷酸，使在該段時(shí)間內(nèi)已處于DNA復(fù)制期不同階段的全部細(xì)胞中的DNA被3H標(biāo)記，而當(dāng)時(shí)處于其他時(shí)期的細(xì)胞則不帶標(biāo)記。在不同時(shí)間取樣，做細(xì)胞放射性自顯影，找出正處于有絲分裂階段的分裂期細(xì)胞，計(jì)算其中帶3H標(biāo)記的細(xì)胞占有絲分裂細(xì)胞總數(shù)的百分比。得到下圖（圖1～圖4中橫軸為時(shí)間，縱軸為帶標(biāo)記細(xì)胞占細(xì)胞總數(shù)的百分比）：

1.圖2中從a點(diǎn)開(kāi)始檢測(cè)到帶3H標(biāo)記分裂期細(xì)胞，則o～a段為_(kāi)_______期，理由是：________。

2.處于圖3中c點(diǎn)時(shí)，帶標(biāo)記的細(xì)胞百分?jǐn)?shù)開(kāi)始下降，則a～c段表示________期。

3.處于圖3中c點(diǎn)時(shí)，帶標(biāo)記的細(xì)胞百分?jǐn)?shù)開(kāi)始下降，直到消失，到第二次出現(xiàn)帶有標(biāo)記的細(xì)胞數(shù)時(shí)為圖中e點(diǎn)，則d～e段所經(jīng)歷的時(shí)間相當(dāng)于 期的時(shí)間。

4.一個(gè)完整的細(xì)胞周期為：________。

學(xué)生解決本題時(shí)大多運(yùn)用了數(shù)學(xué)模型（用線段表示的細(xì)胞周期），少部分學(xué)生除了第2題，其他題勉強(qiáng)可以做但理解得不透徹，大部分學(xué)生理解不了題意。

為了使學(xué)生能正確理解，筆者用硬紙板剪下兩個(gè)同心圓（直徑不同），小同心圓放在大同心圓上，并用黑色的筆在兩個(gè)同心圓上畫(huà)出細(xì)胞G1期、S期、G2期、M期，注意各時(shí)期一一對(duì)應(yīng)。兩個(gè)圓片用圓珠筆尖固定（筆尖在圓心上），學(xué)生通過(guò)親手轉(zhuǎn)動(dòng)上面的圓片，輕松地把這道題解決了。利用本方法解決本題，在之后的教學(xué)反饋中，大部分學(xué)生在本節(jié)課中能聽(tīng)懂，極少數(shù)學(xué)生通過(guò)課下嘗試也掌握了。

二、利用物理模型教學(xué)使學(xué)生產(chǎn)生親身體會(huì)，能更好地理解知識(shí)，并牢固地掌握細(xì)胞周期中染色體、染色單體、DNA的變化規(guī)律

在有絲分裂和減數(shù)分裂特征教學(xué)中，很多教師采用了幻燈片的圖畫(huà)教學(xué)法，由于幻燈片一張連著一張放，學(xué)生往往學(xué)前忘后。一節(jié)課下來(lái)，學(xué)生覺(jué)得煩瑣難記。有絲分裂和減數(shù)分裂內(nèi)容兩者容易混淆，且難掌握。學(xué)生基本上通過(guò)動(dòng)手繪圖、反復(fù)記憶來(lái)掌握相關(guān)知識(shí)，花費(fèi)的時(shí)間長(zhǎng)，效果差。甚至有一部分學(xué)生到高中畢業(yè)都沒(méi)有弄懂。減數(shù)分裂沒(méi)有學(xué)習(xí)好，導(dǎo)致學(xué)生失去學(xué)習(xí)興趣，進(jìn)而影響了遺傳定律的學(xué)習(xí)。所以突破有絲分裂和減數(shù)分裂這兩個(gè)難點(diǎn)，恰當(dāng)?shù)慕虒W(xué)方法和手段至關(guān)重要。

筆者用一次性筷子、繩子和皮筋來(lái)使學(xué)生親身體驗(yàn)有絲分裂的過(guò)程，在課堂上先講解數(shù)染色體的方法是數(shù)著絲點(diǎn)。染色體有復(fù)制前和復(fù)制后兩種，講解這兩種染色體含有的DNA數(shù)量和染色單體數(shù)量。教師邊講解邊示范，學(xué)生在課桌上擺放，在輕松的氣氛中就完成了這節(jié)課的教學(xué)內(nèi)容。課后的教學(xué)反饋效果非常好，全班學(xué)生基本上都掌握了。在課后作業(yè)的檢查中，學(xué)生對(duì)圖形的認(rèn)識(shí)理解、圖形的繪制和曲線圖的理解都非常到位。

在對(duì)減數(shù)分裂進(jìn)行教學(xué)時(shí)也采用此方法。教師利用模型教學(xué)，放慢了教學(xué)的速度，但學(xué)生親自參與體驗(yàn)，加深了理解，并在親自操作中能發(fā)現(xiàn)各種各樣的問(wèn)題。例如，有絲分裂中為什么有同源染色體？細(xì)胞分裂的各時(shí)期染色體如何分布？如何深入理解著絲點(diǎn)排列在赤道板上？學(xué)生看圖片時(shí)很難想象出細(xì)胞有絲分裂的立體圖像。但我們利用物理模型，讓學(xué)生參與其中，學(xué)生便能體會(huì)到學(xué)習(xí)的樂(lè)趣，并能很好地掌握本知識(shí)點(diǎn)。

例如，學(xué)生學(xué)習(xí)完本節(jié)課內(nèi)容，在下一節(jié)生物課上，學(xué)生就能準(zhǔn)確地繪制染色體、DNA、染色單體等的變化規(guī)律曲線圖，并能講出變化的原因。

教師用構(gòu)建的物理模型上完課后，又用紙片標(biāo)上基因，抽查學(xué)生，讓其在課堂上展示并講解。繼續(xù)要求學(xué)生掌握有絲分裂各時(shí)期的特征，注意有絲分裂后期基因的走向，并總結(jié)有絲分裂的意義。

學(xué)生通過(guò)動(dòng)手構(gòu)建物理模型，來(lái)進(jìn)行展示、講解、交流和合作學(xué)習(xí)，取得了非常好的教學(xué)效果。細(xì)胞分裂這部分內(nèi)容的考試的及格率和優(yōu)秀率都高于同類班級(jí)。

三、利用物理模型能使學(xué)生清晰明了、快速地掌握細(xì)胞分裂過(guò)程中的同位素標(biāo)記問(wèn)題

在細(xì)胞分裂的過(guò)程中，由于有的時(shí)期每條染色體含有兩條染色單體，細(xì)胞核內(nèi)的DNA含兩條脫氧核苷酸長(zhǎng)鏈，所以對(duì)染色體和DNA二者的走向，學(xué)生很容易混淆。雖然少部分學(xué)生通過(guò)畫(huà)圖能弄懂，但繪畫(huà)麻煩，且用時(shí)較長(zhǎng)。

例如，在有絲分裂過(guò)程中，DNA復(fù)制一次，細(xì)胞分裂一次，用同位素15N標(biāo)記DNA的兩條鏈，放在14N的原料中培養(yǎng)，觀察在第二次有絲分裂的中期，有多少染色體被標(biāo)記，多少染色單體被標(biāo)記，正常的第二次有絲分裂后形成的子細(xì)胞中含親代DNA鏈的染色體數(shù)是多少。（體細(xì)胞中染色體數(shù)為2n）

使用硬紙板制作染色體，繪上DNA雙鏈，并用紅色的線代替已經(jīng)被標(biāo)記的脫氧核苷酸鏈（模板鏈），用黑色的線代替子鏈。親代DNA半保留復(fù)制后的子代DNA用一條紅線和一條黑線表示。

讓學(xué)生用紙片繪制，兩人為一組，根據(jù)有絲分裂特征進(jìn)行移動(dòng)，弄清楚染色單體和DNA的走向。得出第一次有絲分裂的子細(xì)胞每條染色體含一個(gè)DNA，每個(gè)DNA含一條子鏈和一條母鏈。

第二次有絲分裂用同樣的方法繪制出每條復(fù)制的染色體含兩條染色單體，每條染色單體含一個(gè)DNA。其中有一條染色單體含放射性DNA（14N/15N），另一條染色單體含無(wú)放射性的DNA（14N/14N）。學(xué)生通過(guò)移動(dòng)，即掌握了染色體在各時(shí)期的特點(diǎn)，也掌握了DNA的走向。最后討論得出由于著絲點(diǎn)分裂時(shí)每條染色體的兩條染色單體移向哪一極是隨機(jī)的，最終移向同一極的所有染色體所帶放射性也是隨機(jī)的，故子代細(xì)胞中含親代DNA鏈的染色體數(shù)是0～2n。

教師通過(guò)運(yùn)用物理模型對(duì)本部分內(nèi)容進(jìn)行教學(xué)，會(huì)讓學(xué)生的體會(huì)非常深刻，會(huì)讓學(xué)生從不明白染色體、染色單體、DNA的關(guān)系，到迅速掌握有絲分裂和減數(shù)分裂的特征，會(huì)繪制曲線圖和圖像，并能把兩種分裂方式的圖像進(jìn)行正確區(qū)分。由于教學(xué)節(jié)奏慢，因此學(xué)生有親自參與和產(chǎn)生的體會(huì)，能充分理解教學(xué)內(nèi)容，做題基本上全對(duì)，進(jìn)而對(duì)生物這門(mén)課的學(xué)習(xí)產(chǎn)生興趣，并為遺傳定律的學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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