生物教学中的应用例谈物理模型在高中

文/深圳市龙岗区布吉高级中学

高中生物教材中是这样定义模型的：“模型是人们为了某种特定目的而对认识对象所做的一种简化的概括性的描述。”模型的形式包括有物理模型、概念模型、数学模型等。物理模型就是以实物或图画形式直观的表达认识对象的特征，例如人教版必修1《分子与细胞》模块中“构建真核细胞三维结构模型”“生物膜流动镶嵌模型”等。我国的《普通高中生物课程标准(实验)》也明确强调学生应“领悟建立模型等科学方法及其在科学研究中的应用”，将模型建构规定为高中生必须掌握的科学方法之一。

本文将结合笔者的教学实践，分享在减数分裂这节课的教学中，利用自制物理模型辅助教学的实例。

一、染色体物理模型制作

取材：教材中的染色体模型是利用橡皮泥制作，有的资料也用毛线、磁铁片用作染色体模型的原料。而本文所使用的材料是彩色卡纸，取材方便、价格低廉、方便制作、直观形象。该染色体模型既可用于学习姐妹染色单体、同源染色体的概念，也可以用于研究有丝分裂和减数分裂过程中染色体的动态变化特点。

制作：在两种不同颜色的卡纸上画出两个相同大小的染色体轮廓，之后按照轮廓剪下，表示两条同源染色体，一条来自父方，一条来自母方(见图1)。如图2所示，纵向对折之后表示复制前的染色体，打开后表示复制后的一条染色体，包含两条姐妹染色单体。

二、模型应用实例

模拟操作1：模拟减数分裂中染色体数目和行为变化。学生以小组为单位，利用上述染色体模型，构建含2对同源染色体的初级精母细胞模型，模拟操作减数分裂各个时期染色体的行为变化，重点模拟同源染色体联会、分离、四分体、着丝点分裂等行为，便于掌握减数分裂各个时期的主要特点。

设计意图：通过上述模拟操作活动，学生可以亲自“触摸”和体验染色体的形态和数目变化，减数分裂这个抽象的过程被形象化、具体化，大大降低了学生理解的难度。利用模型建构，培养了学生的动手能力和自主学习的精神。

模拟操作2：模拟非同源染色体自由组合。请学生观察本小组的初级精母细胞经过减数分裂后形成几种配子，并通过再次模拟操作减数分裂，形成不同的配子。再将本小组的配子类型与其他小组的相互比较，结合问题继续思考和讨论。

对照建构的模型，教师可引导学生围绕下列问题进行理性思考。

①一个含有2对同源染色体的初级精母细胞经过减数分裂能形成几种配子？

②小组之间配子差异的原因是什么？发生在什么时期？

③一个含有2对同源染色体的生物个体经过减数分裂能形成几种配子？

④如果用3对染色体进行模拟，会产生几种配子？

设计意图：通过上述模拟操作活动，学生对于非同源染色体自由组合有了更直观的感性认识，明确了自由组合发生的时间和对配子的影响，对配子的多样性，生物多样性的理解以及基因重组的学习起到非常大的作用。整个过程还能培养学生的小组合作探究意识，训练观察、分析和归纳能力，提高表达交流水平。

在上述模拟操作1和操作2的基础上，教师可进一步引导学生总结减数分裂过程中染色体和DNA的数量变化规律，并在坐标图中完成减数分裂中染色体和DNA的数量变化曲线。

以上实例以减数分裂中染色体变化这一重点知识为主线，利用简易的染色体物理模型，教师组织学生进行模型构建，让学生亲自体验染色体在细胞分裂各时期的变化过程，模拟同源染色体行为和非同源染色体自由组合，使学生对姐妹染色单体、同源染色体等容易混淆的概念也有了更加清晰的认识。对于学生在构建模型中出现的错误及时进行纠正，加强学生认识染色体行为，以及理解配子多样性。通过自制的染色体模型将本节重点内容整合起来，在模型建构的过程中突破难点，整个过程中取得了良好的教学效果。