模型與建模在培養中學生生命觀念中的應用研究

吳琳燕

【摘要】本文通過梳理“細胞的增殖”這一節內容所蘊含的生命觀念，以及分析這一節內容所涉及到的模型的具體體現，闡述教學過程中突破重難點時各種模型的應用，在建模過程中促進學生生命觀念的形成，以期能給一線教師的建模教學提供一些參考。

【關鍵詞】模型與建模;生命觀念;細胞的增殖

在學科核心素養中占據主導地位的生命觀念，是學生通過深入學習掌握概念后形成的。生命觀念主要包括結構與功能觀、進化與適應觀、穩態與平衡觀、物質和能量觀等。

我國大部分學者和一線教師都認可朱正威和趙占良建議的模型分類方式，即模型分為物理模型、概念模型和數學模型。依據事物的本質或特點來構建的實物、圖像就是物理模型。人們從已有的經驗出發，根據對事物的了解、認識，進行推理及決策的思維模型被稱為概念模型。概念模型可以通過文字符號、圖表表格、概念圖、圖示圖解等形式體現。用數學方程式、曲線圖等數學形式來表示事物的規律或本質的是數學模型。

一、生命觀念剖析

“細胞的增殖”這一節內容蘊含的生命觀念包括結構與功能觀、物質和能量觀。表1具體剖析“細胞的增殖”所蘊含的生命觀念。

二、模型分析

“細胞的增殖”這一節內容涉及到概念模型、物理模型和數學模型，如表2。

三、建模教學突破重難點的教學思路

本節課的教學重難點是：（1）細胞周期的概念;（2）植物細胞和動物細胞有絲分裂過程;（3）細胞周期中染色體、染色單體和核DNA的數量變化。

1.細胞周期概念的突破

教學思路：先介紹細胞周期的概念以及分裂間期的G1、S、G2各自進行的物質準備，再向學生展示“不同細胞的細胞周期持續時間”的表格，讓學生認識到分裂間期的時間要長于分裂期的時間。然后讓學生構建細胞周期的數學模型。如圖1、圖2所示。圖1，A→B→A代表一個細胞周期，A→B代表分裂間期，B→A代表分裂期;圖2，b+c代表一個細胞周期，b和d代表分裂間期，a和c代表分裂期。在學習完有絲分裂過程后，學生也可以構建如教材配圖6-1那樣的細胞周期的物理模型：進一步把分裂期劃分為前、中、后、末期，并且畫上有絲分裂各個時期的圖以及子細胞的圖，如圖3（來源：配圖6-1）所示。

構建細胞周期的數學模型和物理模型，這樣更形象具體，有助于學生對細胞周期的理解。在細胞周期的建模教學過程中，讓學生認識到分裂間期的時間比分裂期長，因為分裂間期為分裂期進行物質準備。分裂間期又分為G1期、S期、G2期，分裂間期的這幾個時期進行的各種物質的合成，都跟DNA、RNA和蛋白質的功能分不開的;物質的合成過程中需要能量。在教學過程中向學生進行結構與功能觀、物質與能量觀的生命觀念的滲透。

2.植物細胞和動物細胞有絲分裂過程突破

教學思路：用連續的動畫展示植物細胞的細胞周期中分裂間期和有絲分裂前、中、后、末期以及形成子細胞的過程，然后展示教材配圖，讓學生邊看，教師邊講解各個時期的特點。講解過程中，向學生滲透結構與功能觀、物質與能量觀。再用連續的動畫展示動物細胞的細胞周期中分裂間期和有絲分裂前、中、后、末期以及形成子細胞的過程，學生自行總結動、植物細胞有絲分裂的相同點和不同點。最后，讓學生構建分裂間期以及有絲分裂各個時期的特點比較的概念模型以及動、植物細胞有絲分裂的相同點和不同點的比較的概念模型。概念模型的構建，有利于學生對植物細胞和動物細胞有絲分裂各個時期特點的掌握，加深對知識點的理解，有助于知識的內化，提高學生對知識的歸納總結能力。細胞增殖過程中需要能量。在模型構建過程中，進一步滲透結構與功能觀、物質與能量觀的生命觀念。

布置課后作業，讓學生構建物理模型：繪制動、植物細胞有絲分裂過程中各個時期的圖像。物理模型的構建，更形象生動，有利于學生對植物細胞和動物細胞有絲分裂各個時期特點進一步的理解與掌握，提高學生知識應用能力。在模型構建過程中，學生可以對知識進行深加工，有助于學生知識的內化過程，提高了學生的結構與功能觀、物質與能量觀的生命觀念。

3.細胞周期中染色體、染色單體和核DNA的數量變化突破

教學思路：讓學生回憶進行有絲分裂細胞的細胞周期中分裂間期和有絲分裂前、中、后、末期以及形成子細胞的過程中每個時期的特點。然后進行模型建構的第一步：總結、分析各個時期的特點，如表3所示。

第二步：根據表3，讓學生填寫表4。表4是染色體、核DNA和染色單體數量變化的表格形式的數學模型。表4內容為進一步構建細胞周期中染色體、核DNA和染色單體的數量變化的曲線形式的數學模型做準備。

第三步：根據表4，構建細胞周期中染色體、核DNA和染色單體的數量變化曲線的數學模型，如圖4。

第四步：數學模型構建好后正確與否，還要進行檢驗和修正。把圖4所示的數學模型，代入多種進行有絲分裂的動、植物細胞的細胞周期中，檢驗染色體、核DNA和染色單體的數量變化。

在構建細胞周期中染色體、核DNA和染色單體的數量變化曲線數學模型的過程中，可以鍛煉學生的抽象思維能力、歸納概括能力，提高學生的科學思維能力。在模型構建過程中，可以鍛煉學生對知識的運用能力，也進一步提高學生結構與功能觀、物質與能量觀的生命觀念。

四、結語

建模教學，有助于學生知識的有意義建構，加深學生對知識點的理解，提高學生歸納總結能力，有助于學生對知識的內化和深加工，學生在建模過程中不僅可以鞏固所學知識，還可以學會運用知識。在“細胞的增殖”內容的建模過程中，通過對學生生命觀念的滲透，提高了學生的結構與功能觀、物質與能量觀，從而提高學生的學科核心素養。

本文通過梳理“細胞的增殖”這一節內容所包含的生命觀念，以及分析這一節內容所涉及到的模型的具體體現，闡述教學過程中突破重難點各種模型構建的應用，在建模過程中促進學生生命觀念的形成，以期能給一線教師的建模教學提供一些參考。

參考文獻：

[1]陳衛東.模型建構在高中生物新課程教學中的應用[J].教學與管理，2011（4）：69-71.

[2]黃佳慧.高中生物學教學中概念模型的應用現狀及對策研究[D].沈陽師范大學，2019.

責任編輯 ?鐘春雪