利用科学史和模型相结合进行“有丝分裂”一课的教学

吕 琳

(北京市第八十中学 100102)

1 教材分析与设计思路

本节课是人教版高中生物必修1第6章第1节《细胞的增殖》第1课时内容。细胞分裂的三种方式中，有丝分裂是学习必修2减数分裂的基础，而减数分裂又是学习遗传变异的基础。所以，有丝分裂是《细胞的增殖》一节的重点内容，而染色体形态、数目和位置的变化规律又是理解有丝分裂过程的重难点。

笔者在“有丝分裂”这一节的概念教学中，利用科学史和暗箱分袜子的活动，引导学生推测有丝分裂的过程；小组分工合作利用模型构建出有丝分裂过程中染色体的行为和数目变化，展示、互评、讨论、修正模型。根据模式图和显微照片进行排序，再次确认和修正模型，并描述各时期的特征。最后，结合所给资料，利用所学知识解决实际问题。

2 教学目标

依据课程标准并围绕培养学生核心素养的要求制订了如下教学目标：

(1) 通过对有丝分裂过程进行识图、排序，根据模式图对有丝分裂过程进行简单描述，概述有丝分裂的特征和意义。

(2) 通过资料分析及讨论，对有丝分裂各期的变化进行合理的解释；小组合作，据所给资料，利用模型模拟推测有丝分裂过程中染色体的变化。对自己构建的有丝分裂各期染色体模型进行合理的修正。

(3) 体会科学研究的过程是一个继承发展的过程，科学家的伟大和科学研究道路的艰辛与漫长；运用有丝分裂相关知识，解释或解决生活中的相关问题。

3 教学过程

3.1 知识回顾，导入新课 学生已经学习了真核细胞亚显微结构的相关知识，对DNA和染色(质)体的关系有一定了解，在新课学习之前通过细胞结构图复习植物细胞的结构，主要回顾细胞核的结构。回忆细胞学说的内容，知道细胞通过分裂产生子细胞，从而为学习本节课做出铺垫。

设计意图： 通过真核细胞亚显微结构的相关知识与细胞学说内容的回顾，为新课学习做好铺垫。

3.2 利用科学史和暗箱分袜子活动推测有丝分裂过程 提供资料： 1841年，波兰科学家里麦克记载了鸡幼胚有核红血细胞分裂成为2个带核子细胞的全过程。1842年，瑞士科学家内格里在著作中写到，百合和紫露草细胞核在分裂过程中被一群很微小、生存时间很短的微结构所替代。1848年，霍夫曼斯特研究紫露草小孢子母细胞及雄蕊顶端组织细胞核分裂过程，他用染色的方法证实了内格里著作中所说的微结构(后来被命名为染色体)的存在。1882年，弗莱明提出了“有丝分裂”(mitosis)这一术语[1]。引导学生通过分析资料得出： 细胞分裂时，发现细胞核、染色体等结构有变化，一个亲代细胞经过一次有丝分裂得到两个子细胞。并根据模式图分析得出新老细胞的染色质形态数目相同。若要在分裂过程中保证遗传物质(染色体中DNA分子)在亲子代细胞的稳定，要先复制，再均分。从而概括出有丝分裂的特征和意义。

教师讲述： 细胞核直径约10μm，最长的DNA长2m，形成染色质时压缩1000～2000倍，大约1～2mm。细胞中有很多条染色质(如我们的体细胞就有46条)，放在一个小小的细胞核中，就像团线一样。教师准备六种颜色的丝线各2根，代表6条染色质，复制完有12条，好分吗？怎么办？学生活动： 体验分线团，不好分。认为要缠起来，才好分，类似于染色质变成染色体。教师展示： 若把这些线织成了6双袜子(教师准备好6双不同颜色的袜子)，但现在它们都散乱地放在一个箱子里，如何均分为两份？学生体验暗箱分袜子，发现很难将两两一样的袜子分到两组中。讨论： 染色质复制完要先连在一起才好分。由此引出“着丝点”的概念。先复制还是先变染色体？学生认为先复制，因为染色质松散状态下DNA才好复制。但染色体复制完后在细胞中散乱的排布、不好分，要排列整齐才好分。染色体如何排整齐？需要牵拉它的结构就是纺锤丝或纺锤体。

设计意图： 通过体验暗箱分袜子的活动，学生能够推测并理解有丝分裂过程中染色体及纺锤体等重要结构的变化规律，从而培养学生的科学思维及科学探究精神。

3.3 分工合作，模型构建染色体的变化 每个小组一块黑板，小组讨论后，用毛根玩具模拟染色质和染色体(以4条染色体为例)，并用磁铁代表着丝点，在黑板上摆出有丝分裂染色体的行为和数目变化。之后，各组分享和讨论，描述染色体的行为和数目变化，并修正本组模型。教师出示植物细胞有丝分裂的模式图，学生排序，并和自己小组的模型进行比较，进一步补充和修正自己的模型。

设计意图： 通过分工合作，将有丝分裂过程的推测用模型构建并展示出来，培养学生的小组合作交流能力。

3.4 描述有丝分裂过程，并课上反馈 提供资料： 1849年，霍夫曼斯特精确地记载了紫露草等植物细胞的有丝分裂过程。包括分裂前期细胞核形态的变化，核膜消失了，但细胞核的基本成分却始终存在于细胞中。中期有纺锤体和染色体的复合结构，后期2组染色体产生，末期核膜的重新形成以及在2个子细胞中间出现细胞壁。1877年，弗莱明在对蝾螈细胞有丝分裂进行研究之后，第l个提出了染色体“纵向分裂”模式，准确描述了蝾螈细胞有丝分裂前期的显微结构，并指出染色体分裂产物有可能分别进入2个子细胞中去。1884年，斯觉斯伯格第l次用“prophase”“metaphase”和“anaphase”来表示有丝分裂的前期、中期和后期。1894年，海登汉的助手提出用“telophase”一词表示有丝分裂的末期。1913年，伦德加德提出用“interphase”一词表示细胞分裂前的间期[1]。通过资料分析及讨论，让学生对染色体、纺锤丝等结构在各时期的变化有较为深刻的理解，然后根据模式图对有丝分裂过程进行描述。

最后，据植物细胞有丝分裂过程的显微照片进行排序。进一步区分模式图和真实图片，检测学生对有丝分裂过程的理解和掌握。

设计意图： 通过资料分析对教材内容进行补充，通过真实图片的辨析，进一步加深学生对有丝分裂过程的理解和掌握。

3.5 拓展延伸 提供资料： 微管是细胞骨架蛋白，在有丝分裂过程中发挥重要作用。微管抑制剂能够与肿瘤细胞的微管蛋白结合，通过促进或抑制微管的聚合来破坏微管的动态平衡，阻碍肿瘤细胞纺锤体形成，阻滞细胞分裂进程从而发挥抗肿瘤作用。根据作用机制的不同，微管蛋白抑制剂可分为两类： 一类是促进微管蛋白聚合的微管蛋白聚合剂；另一类是抑制微管蛋白聚合的微管蛋白解聚剂。紫杉醇与β微管蛋白结合，低浓度降低微管动力，稳定微管；高浓度促进微管聚合。秋水仙碱的抗肿瘤机制是与肿瘤细胞的微管蛋白结合，抑制微管聚合，干扰纺锤体形成。细胞周期过程会受到纺锤体组装检查点(spindle assembly checkpoint， SAC)反馈机制的调控。研究表明： Mad2、 BubR1、 Bub1和Bub3为SAC的相关蛋白，SAC的主要功能是在染色体正确黏附到纺锤体之前阻止细胞进入有丝分裂后期。正常情况下，任何干扰染色体与纺锤体正确结合的因素都直接或间接的激发SAC信号，后期促进因子(anaphaspromoting complex， APC)活性受到抑制，导致细胞分裂阻滞[2]。让学生阅读资料，分析科学家是如何利用有丝分裂的原理，进行癌症治疗的。

设计意图： 通过资料分析可以检测学生对有丝分裂过程知识的掌握，又能培养学生获取信息，运用有丝分裂相关知识，解释或解决生活中的相关问题的能力，并且能够培养学生的生命观念和社会责任感。

4 教学反思

真实的教学情境有利于培养学生的核心素养。情境可来源于科学技术与社会的联系，可来源于科学研究的过程和成果，可来源于真实的现实生活。本节课利用科学史创设真实情境，通过暗箱分袜子和模型建构等活动引导学生深刻理解相关核心概念，培养学生的理性思维和科学探究能力。并运用所学知识，解释或解决生活中的相关问题。在这样的教学过程中，学生还体会到科学研究的过程是一个继承发展的过程。