運用系統思維，建構“分裂”模型

王美華

摘要：在“減數分裂”一節教學中，重視減數分裂各個時期特征的講解而忽視細胞分裂知識的整體建構，重視減數分裂過程是什么的講解而輕視為什么是如此過程的思維建構，導致教學效果不盡如人意。對本節教學策略進行重構，在整個教學過程中突出整體化教學設計和學生思維建構，探索幫助學生理解減數分裂目的、實現染色體數目減半的路徑，把教師的灌輸和學生的讀記轉變成培養學生演繹與推理、模型建構等科學思維方法，從而讓學生在真正理解知識的同時提升他們的科學思維素養。

關鍵詞：整體化教學 模型建構 教學設計

中圖分類號：G633.91 文獻標志碼：B

高中生物“減數分裂”一節的內容既是細胞生物學重點和難點，又是遺傳學和分子生物學的基礎，這部分基礎知識尤為重要。然而，這部分知識卻是很多學生學習的死結。究其原因，主要還是在新授課教學時，教師往往是通過視頻、動畫、模式圖講解等方式，告知學生減數分裂的具體過程。為什么是這樣一個過程？學生卻思考不深或沒法體會。學生除了探究活動參與少、被動接受知識外，更缺乏運用系統思維辨析概念和模型建構探索問題的過程。時間一長，學生就會混淆概念、遺忘知識。怎樣打開這個死結？筆者采用“整體化”原則進行設計，以學生探究活動為載體，以思維訓練模型建構為核心，引導學生在把握整體變化的基礎上，掌握各分裂期的細節特征。

1運用系統思維，讓學生明了不同分裂的本質區別

系統思維源自美籍奧地利生物學家貝塔朗菲提出的一般系統論，是把認識對象作為系統，從系統和要素、要素和要素、系統和環境的相互聯系、相互作用中，綜合地考察認識對象的一種思維方法，也稱為整體思維。系統思維便于從全局把握、認識研究對象。運用系統思維時，對研究對象要全面思考，要把研究想要達到的結果、實現該結果的過程、過程的優化以及對未來的影響等一系列問題作為一個整體進行研究，不能只就事論事，而是要考察研究對象各要素間的相互關系及其整體功能。

真核細胞的細胞分裂有3種方式。減數分裂只是其中的一種方式，也是一種特殊方式的有絲分裂。學生容易將其和有絲分裂混淆，為此，在進行“減數分裂”一節教學前，筆者基于2005年美國國家研究理事會發布的研究報告《學生是如何學習的——課堂中的科學》中提出的“觸動學生前概念”的原則而進行問題設計，力圖先讓學生弄清楚減數分裂和有絲分裂各自要達到的預期結果，然后才考慮它們達成的路徑。于是，筆者從學生既熟悉又感興趣的話題，即他們自身生長發育過程開始，引導學生思考、討論并交流下列問題：①受精卵細胞有絲分裂形成的許多細胞具有什么特征？②當人體生長發育到青春期性成熟時，男生就會產生精子，女生就會產生卵子，精子和卵子細胞中染色體數目應該怎樣？③有絲分裂和減數分裂分別要達成的最終目的是什么？④有性生殖主要包含哪些重要環節（可嘗試建構概念圖表示）？⑤減數分裂在整個生命周期中的作用和地位是什么？經過學生自己的感知，學生能清楚知道：人體的體細胞經有絲分裂后，每一個子細胞中染色體的數目都保持不變，即細胞核中都有23對染色體;減數分裂產生有性生殖細胞，有性生殖細胞中染色體數目減半;一旦雄性和雌性生殖細胞邂逅，就可能結合成受精卵，誕生新的生命。這樣不僅讓學生自己感知和辨析概念，更幫助學生通過整體化學習的方式建立知識體系，讓學生清楚概念彼此間的關系。

2建構“分裂”模型讓學生探索減數分裂染色體行為

模型作為一種認識手段和思維方式，是科學認識過程中抽象化與具體化的辯證統一。

建模教學指的是涉及模型建構、模型使用、模型評價和修正的教學。所謂“生物建模教學策略”，就是在課堂教學中利用模型方法建立生物模型，運用生物模型解決生物學問題。

“減數分裂”學習中的建模教學是在比照有絲分裂過程中能維持分裂前后染色體數目不變基礎上，再看“減數分裂”前后精（卵）原細胞染色體數目的變化情況，讓學生發揮想象力，構建“減數分裂”的模型，在腦海中形成新的知識結構。

筆者在教學過程中，首先引導學生思考和分析以下問題：①在有絲分裂過程中，分裂前后細胞中染色體數目保持不變的真正原因是什么？②對照有絲分裂中染色體復制1次、著絲點分裂1次、細胞分裂1次的特點，請推測如何在減數分裂過程中實現配子中染色體數目減半。③要保證每個配子中含有該物種染色體所攜帶的全部的遺傳物質，減數分裂中同源染色體行為如何？④減數分裂中兩次分裂的主要任務和相互關系怎樣？其次，通過對這四個問題的思考，學生以有絲分裂為基礎建構起減數分裂的大致輪廓，進而進行小組合作建模活動：4人一組用所給的染色體（彩色紙片或橡皮泥）和紡錘絲（絨線）在給定的白紙上搭建減數第一次分裂、第二次分裂各時期的模型，并交流減數分裂各個時期的特點和相互關系。學生通過活動操作、對比推理、評價交流，經歷了模型建構、使用和修正的過程，這為他們探究性、創造性思維的發展提供了廣闊的空間。在模型建構活動的基礎上，教師再引導學生歸納減數分裂的概念，就水到渠成了。這樣既遵循了“注重學生的元認知”原則，又實實在在地踐行了核心素養培養中的科學思維培養之目標。學生的探索過程雖然慢了點，也有不少學生走了彎路，但他們在與其他學生思維的碰撞中不斷充實自己的思考，真正讓思考更深入，讓理解更深刻，也讓意義更深遠。

3回歸教學本真讓學生體驗真實的減數分裂過程

減數分裂過程中各時期的模式圖與真實的細胞分裂過程的圖示之間存在較大的差異，許多學生、甚至部分教師都無法辨認減數分裂過程實物圖。如何做到既讓學生鞏固所學的減數分裂的知識，又讓學生了解真實的細胞減數分裂過程？進行“觀察蝗蟲精母細胞減數分裂的固定裝片”實驗可以說是最好的教學方法了，而事實上絕大多數的學校根本不做此實驗。究其原因，表面上看是該實驗本身有難度，實物圖中染色體的形態和行為不像模式圖或示意圖那樣直觀、清晰，識別蝗蟲精母細胞減數分裂各時期需要技術;根本上，還是教師腦海中存在著急功近利的意識，追求學生在短期測評中的分數，不能從長遠培育學生核心素養的角度去看待。筆者通過組織學生進行“觀察蝗蟲減數分裂固定裝片”的實驗，讓學生感知實物圖與模式圖的區別，教會學生在面對實物分裂相的圖形時既要抓住減一減二過程中各時期染色體的特征，又要結合細胞數目的變化和被染成深色的染色體數目的變化來綜合判斷，幫助學生形成認識事物本質的思維能力，激發學生探求真知的興趣，提升學生動手實驗的能力。

4細嚼疑難知識讓學生后續相關知識學習成坦途

減數分裂過程中許多知識的學習與前后知識是關聯乃至是貫通的。在“減數分裂”一節的教學中，涉及內容多。教師過多地關注一些細節，往往會沖淡主干知識的整體教學，若將這些易混易錯的細節知識一帶而過，又容易導致重點不突出，不利于學生對知識的深度理解。這需要教學取舍得當，有的放矢。

與減數分裂過程緊密聯系的內容主要有：①孟德爾遺傳中對分離現象和自由組合現象的現代解釋及兩大遺傳定律的實質都與減數第一次分裂中染色體行為密切相關。②減數第一次分裂過程中同源染色體分離、非同源染色體自由組合產生配子的類型能用數學式來表示。這一表達式在具體試題情境設置中“一個細胞或一種生物體”兩種設問中有何差異？③減數第一次分裂過程中發生的染色體之間的兩種重組方式與有性生殖過程中兩種基因重組方式是一脈相承的。④四分體時同源染色體非姐妹染色單體之間的交叉互換與染色體結構變異中的移接有著本質的區別。對這些疑難知識，教師應該有意識地在這些知識點的教學上有所側重，注重知識點間的前后聯系，站在一個更高的位點上來統攬學科教學。