用模型建构的方法突破有丝分裂的难点知识

陈秋来

摘 要 介绍通过引导学生通过制作染色体行为变化的物理模型、建构数学模型、再由数学模型总结出概念模型(有丝分裂的特征）,帮助学生很好地理解有丝分裂过程中，各时期染色体行为和数目的变化，以及DNA数量的变化。

关键词 模型建构 有丝分裂 生物学教学

中图分类号 G633.91 文献标识码 B

教育部颁布的《普通高中生物课程标准（实验）》中提出“要让学生领悟生物科学理论或模型的科学美”，并把它规定为高中学生必须掌握的科学方法之一，这是我国中学生物学课程发展历史上第一次如此重视“模型”。在模型建构活动中，往往需要参与者进行观察或实验，需要进行归纳和演绎；需要运用已有知识进行假设、模拟，将复杂的事物进行简化；需要将头脑中抽象的概念具体化、形象化，并身体力行。通过亲身参与这样的活动，学生可以在探索中体会到模型建构的方法，获得成功的喜悦，同时将模型方法内化为认知图式，获得认知水平上的提升。

在实际课堂教学中，许多教师通常会以课时紧、建构模型的活动费时等理由以动画课件直接呈现模型进行教学，而相当多的学生仍然云里雾里，因为他们心中只有结论，没有过程，不知模型中渗透着生物学的基本原理。这样的教学有效性不高，这与课改中倡导的提高教学有效性也是背道而驰的。

“细胞增殖”是高中生物教材中的一个重点知识，其中“有丝分裂过程中染色体的行为和数目变化规律”是教学的重点也是教学难点。笔者在进行“有丝分裂”的教学时，充分运用模型建构的方法突出重点，突破难点，收到很好的效果。现将难点的突破过程介绍给大家，请同仁们指教。

1 突破难点的步骤

1.1 建构物理模型

在学习完有丝分裂过程后，让学生用橡皮泥通过制作染色体行为变化的物理模型，理解有丝分裂过程中染色体行为变化。

1.2 建构数学模型

由学生填写有丝分裂过程中各时期染色体行为和数目的变化以及DNA和染色单体数量的变化的表格。最后通过画曲线图形式（数形转换）加深对有丝分裂过程中各时期染色体、DNA和染色单体数量变化的理解。

1.3 建构概念模型

由数学模型总结出有丝分裂的特征和意义 (概念模型），帮助学生完成对有丝分裂本质的认识。

2 设计思路

2.1 教学设计的出发点

教材的地位：“细胞增殖”是高中生物教材中的一个重点知识，主要包括细胞周期概念、动植物的有丝分裂过程特征、有丝分裂过程中染色体、DNA和染色单体的变化过程、无丝分裂的概念及特点，其中有丝分裂是教学的重点也是教学难点，有丝分裂是生命科学重要的基础性内容，为后续减数分裂、遗传和变异的学习打下基础。

学生的情况：在以往的教学过程中，笔者发现学生对有关“有丝分裂过程中染色体的行为和数目变化规律”知识易模糊、混淆，不能深刻理解，会直接影响必修2中减数分裂、遗传和变异内容的学习。为了解决教学重点、突破教学难点和学生的困惑点，实现教学目标，进行如下教学设计。

2．2 教学设计思路

教学设计思路表述如下（以人教版必修1教材为例）：

（1） 对“植物细胞有丝分裂过程”尝试在课堂教学中通过模拟动画逐步展示高等植物有丝分裂各时期的动态过程，着重讲清楚各个时期细胞发生了什么变化和各个时期的染色体特点。

（2） 对“动物细胞有丝分裂的过程”采用比较法进行教学，培养学生的自主学习的能力。

（3） 在学习完有丝分裂过程后，尝试在课堂教学中运用“建构物理模型”方法，使学生通过用橡皮泥自己动手构建物理模型，产生深刻的感性认识，理解有丝分裂过程中染色体的变化。

（4） 对“有丝分裂过程中染色体、DNA、染色单体的数量变化”采用“建构数学模型”教学方式来优化课堂，通过“小组合作交流、展示与相互评价”的形式开展教学活动。

（5） 对“有丝分裂特征和意义”采用“建构概念模型”教学方式来优化课堂，帮助学生完成对有丝分裂本质的认识。

3 模型建构活动的教学组织过程

3.1 活动要求

分组：每大组中前后桌4人为一个学习小组，4人合作，模拟有丝分裂染色体动态变化过程。

模拟：在卡纸上模拟“前期细胞”→“中期细胞”→“后期细胞”的有丝分裂过程。同时填写好表格内容。

评价：请各位同学比较哪一个大组完成的物理模型最能体现植物细胞有丝分裂过程前期、中期、后期的特点。

3.2 活动注意事项

假设某植物的体细胞染色体数为2对（告诉学生体细胞中染色体数是成对存在的）。

课前为每个学习小组准备好2种颜色的橡皮泥代表染色体，比A4纸大一些的卡纸（代表植物细胞）和毛线若干（代表纺锤丝）。

橡皮泥的准备：橡皮泥可以自制，也可以到文具店购买。

（1） 自制的方法：一杯半面粉，半杯盐，1/4杯植物油，大约1/4杯水，再加几滴食用颜料，混合在一起，揉捏至柔软。如果面团太湿则加少许面粉，反之加少许水。继续揉捏直至面团柔软并且颜色混合均匀。装进密封容器或塑料袋，放入冰箱冷藏。另外还可以加一些凡士林起防腐作用。

（2） 橡皮泥购买来后的处理：购买来的橡皮泥每盒中的有多种颜色，可以采用每4盒作为一个单位进行归并，这样就可以保证每个小组分到的橡皮泥只有两种颜色，以便活动的进行。

（3） 橡皮泥过干的处理：可以在使用过程中加一些水，揉匀即可。

3.3 学生活动过程

材料的准备：用同种颜色的橡皮泥做出4条染色单体（染色体），其中两条长度约为6 cm，另两条长度约为4 cm。用另一种颜色的橡皮泥也做出的4条染色单体（染色体），其中两条长度约为6 cm，另两条长度约为4 cm。同时告诉学生同一种颜色的染色体表示来自同一个亲本，为今后学习同源染色体的概念打下伏笔。

前期细胞的制作：把颜色、长度相同的两条染色单体用同一种颜色的橡皮泥粘在一起，代表有丝分裂开始时已完成复制的染色体。把做好的染色体放在前期细胞（用卡纸表示一个植物细胞）内，用毛线代表纺锤丝。

中期细胞的制作：把染色体横向排列在细胞中央的赤道板处。

后期细胞的制作：把姐妹染色单体分离，成为独立的染色体，并将染色体分别拉向细胞的两极。尽量一次移动所有的染色体，像在活细胞中发生的那样。

尝试在卡纸上动态模拟有丝分裂过程中的“前期细胞”→“中期细胞”→“后期细胞”中染色体行为变化过程。

完成实验记录表（表1）的填写（建构数学模型）。

将表格中的记录的数据绘制成曲线图（学生通过讨论，绘制染色体、DNA及染色单体的数量变化曲线）。

3.4 归纳总结

学生成果展示后，先由学生进行互评，然后教师总结评价，从中明确数量变化曲线中各拐点产生的原因和结果。学生利用数量变化曲线做相关练习题。

教师引导学生利用图表归纳出有丝分裂的本质（特征）和意义（建构概念模型）。

有丝分裂过程学习的尝试在课堂教学中运用模型建构方法，能使学生通过自己动手构建物理模型，产生深刻的感性认识，理解有丝分裂过程中染色体的变化，再由物理模型转换为数学模型，最后上升为抽象的概念模型，帮助学生完成对有丝分裂本质的认识。同时也与新课标提出“要让学生领悟生物科学理论或模型的科学美”的要求相吻合。教学中教师引导学生在构建模型过程使学生获得知识和能力的同步发展，同时在合作交流、展示和相互评价中处于愉快、积极主动求知的精神状态下，既完成了学习任务又能获得一种满足和快乐，这样可以大大提高教学的有效性。