物理模型在細胞增殖教學中的應用研究

摘 要：物理模型的應用在中學生物教學中已經十分廣泛和深入，它在傳統教學模式的基礎上，進一步提高了學生的科學素養和科學探究能力。對高中生物教學和培養學生學習興趣都有一定的促進作用。文章分析了高中生物教材中《細胞的增殖》一節中運用構建模型來引導學生在一定的情景中通過自己動腦和動手來構建相關模型，從而將單一的理論概念轉換成具體的模型，課堂教學效果明顯。

關鍵詞：物理模型;細胞的增殖;有效性教學

一、 理論依據

物理模型可以利用生活中常用到的材料來制作模型，如彩色紙，橡皮泥，扭扭棒等把原有真實的生物結構部分按比例縮小或放大制成模型呈現在觀眾面前，使其外在形態和表達的概念基本和實物相同。構建模型的教學思維模式其運用已經十分廣泛，現代的課堂教學除了傳授課本的科學知識和基本技能外，還要注重培養學生的探究能力和創新思維能力的培養，這也符合新時代培養生物科學素養人才和新高考的要求。而模型在制作過程中會將非常龐大或者極其微小生物結構以三維模型的結構制作展示，讓學生更好地理解微觀知識和三維結構，提高空間想象能力。最顯著的特點是先將難以直接觀察的結構或過程簡化，直觀清晰的擺放在學生面前。高中生物物理模型中教學過程中增強了學生的直觀感、興趣感，其中如：真核細胞的細胞器結構模型、生物膜的流動鑲嵌模型、有絲分裂和減數分裂染色體模型、DNA雙螺旋結構模型等都被廣泛應用于生物教學中，并且取得了很好的教學效果。

二、 生物教學中進行模型建構教學研究的必要性

筆者從事高中生物教育教學工作多年，在教學中發現高中生思維活躍、動手能力強，我們可以在傳統的灌輸式教學模式課堂的基礎上，充分利用現代科學技術和手段來拓展延伸課本的內容，從而來充實課堂教學效果。而生物實踐課是學生最喜歡和積極參與的教學環節之一，在教學中凡是學生動手參與的課堂都是活躍的。運用物理模型來講述生物結構的過程，學生上課參與度極高，整堂課洋溢著對知識的渴求和激烈的討論氛圍。

三、 模型建構在《細胞的增殖》中的具體應用策略

就《細胞的增殖》而言，染色體、DNA、姐妹染色單體等是本章的基本概念，但這些概念既抽象又容易混淆，常用的教學模式一般在黑板上畫出細胞周期各個時期染色體的變化示意圖，然后通過多媒體播放其動態變化過程，學生通過聆聽和觀察來完成對染色體數量變化、形態、位置的認知，也就是處于一個被動式的教學模式，而物理模型的構建充分發揮學生學習的主觀能動性，通過課前預習、準備材料、采用逆向思維模式培養學生的自主學習能力，同時通過“情境模擬”讓復雜抽象的問題簡單化和具體化，變被動教學為主動學習，大大提高了學生的參與積極性，而且通過模型的制作和模型擺放，讓學生感覺到細胞分裂過程的動態性和連續性，培養了學生的探究能力和創新思維能力，且課后學生對知識的理解和掌握程度遠比沒有運用物理模型的班級效果顯著提高，深受學生歡迎。筆者將生物必修一《細胞的增殖》第二課時“有絲分裂”這一節的內容，結合多媒體教學，同時運用模型建構的方法來演示染色體的各個時期變化規律，請同仁們共同學習和探討。

（一）教材分析

《細胞的增殖》這一節的內容是《細胞的生命歷程》的開篇部分，學生必須掌握的內容涵蓋了細胞不能無限長大的原因、細胞周期的概念、細胞的增殖具體過程以及意義等。而《細胞的增殖》的內容也是歷年來學生在學習過程中的一個難點和重點，如何讓學生從宏觀到微觀平穩過渡，如何在以后學習減數分裂、DNA復制和孟德爾定律中駕輕就熟，這一節的內容至關重要，我們要多層次、多角度的講述和學習有絲分裂整個周期變化過程中形態、結構、數量的變化規律，為以后的遺傳學打好堅實的基礎。

（二）教具準備

用紅色和綠色扭扭棒扭成兩對大小不同的染色體，其中一對染色體一條紅色一條綠色，分別代表來自父方和母方，同時準備一張白紙，將細胞周期的各個時期在紙上呈現出來。

（三）教學過程

學情分析：上節課學生已經學習了“細胞不能無限長大”的原因、細胞分裂方式和細胞周期的概念，本節課重點講述有絲分裂中染色體行為、數量、位置的變化。讓學生課前查閱相關資料并結合教材，以高等植物有絲分裂為例，展示其染色體變化過程。

1. 同學們在課前預習教材和準備模型材料，課上分小組展示有絲分裂染色體變化。

首先讓學生了解到有絲分裂是一個連續的過程，人為將細胞周期分為分裂間期和分裂期，其中分裂期又分為前期、中期、后期、末期4個時期，并且對各個時期的特點有個初步的認識。

2. 我們可以先利用多媒體播放《植物細胞有絲分裂的過程》，通過動畫的形式讓學生觀察和思考染色體的動態變化，提升學生討論的興趣和共鳴。然后分小組結合教材討論和分析各個時期的染色體數量、形態、位置變化規律。同時也在白紙上用事先準備的材料擺放出染色體。

3. 學生演示模型建構

以高等植物根尖分生區細胞有絲分裂為例，在白紙上用扭扭棒演示其染色體變化過程（部分同學以高等動物為例）：

間期：以兩對同源染色體為例，用紅色長棒和綠色長棒代表一對染色體，另一對用短棒。紅色和綠色分別代表父方和母方，染色體仍呈現絲狀，位置隨機，其他部分用筆勾畫。

前期：扭扭棒在棍上纏繞體現染色體縮短變粗的狀態。注意染色體的位置隨機，不用配對擺放，這里可以對其原因稍作解釋，為減數分裂埋下伏筆。

中期：學生在擺放扭扭棒的大小和顏色時隨機，注意著絲點在一個平面即可。

后期：這個時期的特點學生很難理解，是考查的重點和難點。在擺放模型時，首先，要特別注意染色體的大小、顏色要與中期擺放匹配，不能隨機排列。其次，要注意著絲點的位置由紡錘絲牽引，所以著絲點靠近細胞兩極，扭扭棒的兩臂朝向赤道板中央。最后，赤道兩側是對稱的，如上面是紅短棒，下面是其姐妹染色單體的另一條，而不是其同源染色體。這些都是學生在制作過程中容易出現的錯誤。

末期：把扭扭棒的螺旋打開，染色體呈現絲狀，形成兩個子細胞。但有的學生誤認為染色體仍處于復制的狀態，這里也是筆者任教多年發現學生總是出現的誤區。（如圖1所示）

（四）用模型來演示染色體、姐妹染色單體和DNA的關系

用扭扭棒制作染色體的形態和染色體復制的形態（如圖2所示），讓學生分小組演示它們復制的過程，并完成下表。

有句話說得好“眼過千變，不如手動一遍”，通過親身體會、操作演示和小組討論，學生能清晰地理解和掌握三者的關系，而這一知識點也是學生容易混淆。同時也是高考考查的重點，課后再通過變式訓練，學生能更好的掌握三者在細胞周期中的變化曲線圖和柱狀圖等。

四、 教學反思

有絲分裂的過程展現了染色體的變化之美，它是微妙而神奇的。網上也有許多精美的動畫來播放整個過程，但筆者發現只有親自以圖畫或物理模型來構建整個過程，同時把每一步過程清晰的演示出來，才能讓學生真正感悟其生命的奧妙。本節課學生通過模型實物演示的過程，很快理解并掌握有絲分裂各時期的特征，同時也能初步明白有絲分裂過程的實質和意義，不再像以前那樣似懂非懂的死記硬背，大大提高了課堂的上課效率。

當然，模型的構建過程實際上是一個長期和艱巨的任務，在教學過程中，課堂上運用物理模型能讓學生積極參與和思考，增強學生的科學探究能力和創新思維能力。但在實際教學中也不能過度應用和依賴物理模型，因為它的前期準備、課堂操作和課后總結要花費學生大量的課余時間，高中階段學習壓力和時間都很緊張，教師要達到的效果是教會學生這種學習和探究的模式，俗話說“授之以魚，不如授之以漁”，我們要培養學生構建物理模型的能力和學習方法的提升。相信這才是教育的真諦所在。

五、 物理模型的研究意義

（一）提高學生生物學的學習效率和學習興趣

凡是有互動的課堂都能激發學生的學習熱情和營造良好的學習氛圍，在生物課堂的學習過程中運用生物物理模型能大大激發學生的學習主動性和創造性。學生通過動手、動腦、動筆來展示對抽象概念的理解，使課堂學習氣氛變得輕松和愉快。據心理學研究表明，大腦對實物如動畫、模型等具有更強的吸引力和關注度，而對純理論文字和說教容易忽視和麻痹。所以新課程改革我們要多融入新的教學理念和創新觀念，打破傳統的教學說教模式，使學習變得快樂而輕松。學習本身是能給人帶來精神世界的快樂和滿足，而學習的過程和傳授知識的方法途徑是值得我們深思和研究的。

（二）實現學生自主、合作學習方式

教育的目的不是讓學生死記硬背書本上的知識，應付考試并取得高分。而更重要的是培養學生的思維能力、創新能力和綜合素養。在傳統的授課方式基礎上，教師更應該利用課堂，創新性的使用教材，設計適合學生自主建構的教學模式，引導學生主動思考和探索，讓學生在模型建構的過程中實現自主學習和合作學習。

參考文獻：

[1]趙占良.人教版高中生物課標教材中的科學方法體系[J].中學生物教學，2007（3）.

[2]于梅.在新課標實施中切實加強模型方法的教育[J].中學生物教學，2007（3）.

作者簡介：尹青女，廣東省陽春市，陽春市第一中學。