巧用物理模型破解细胞分裂的难点

丁素萍

摘 要：生物模型分为物理模型、概念模型、数学模型。构建模型教学法是生物教学中通常使用的教学法。细胞分裂这部分内容的难点是理解和掌握细胞周期曲线图中各时期的分界点；细胞分裂中染色体、染色单体、DNA的变化规律；区分被同位素标记之后DNA和染色单体的变化等。引导学生构建物理模型，以实物或图画的形式直观地表达认识对象的特征。由于物理模型具有直观的特点，因此对比较抽象、难以理解掌握的难点知识，学生可以通过亲身体验和感受，把烦琐的知识简单化，从而深入理解和掌握。

关键词：物理模型；细胞分裂；难点

中图分类号：G633.91 文献标识码：A 收稿日期：2020-04-22 文章编号：1674-120X（2020）15-0106-02

高中生物有丝分裂和减数分裂的内容，对理解能力强的学生来说，通过观看动画、幻灯片，就能很好地理解掌握；但对学习能力弱、注意力不易集中的学生来说，看图片时，看前忘后，学习难度大，耗时长，并且容易把减数分裂和有丝分裂的特征混淆。如果本部分内容学得困难，就会直接严重影响学生学习生物的兴趣和对整个必修二内容的学习。因此，需要一种教学方式使学生能放慢速度、认真理解，并且能亲身体会。利用物理模型的教学就可达到上述目的。

一、利用物理模型使抽象的细胞周期内容变得简单易懂

在学习有丝分裂时，细胞周期是一个重要的概念，虽然概念学起来简单，但做题却不易。

例如，下面这道题既有同位素标记法，又有细胞周期曲线图。班里没有一个学生全部做对。

在某种生物的培养液中加入用3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸。短暂培养一段时间后，洗去3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸，使在该段时间内已处于DNA复制期不同阶段的全部细胞中的DNA被3H标记，而当时处于其他时期的细胞则不带标记。在不同时间取样，做细胞放射性自显影，找出正处于有丝分裂阶段的分裂期细胞，计算其中带3H标记的细胞占有丝分裂细胞总数的百分比。得到下图（图1～图4中横轴为时间，纵轴为带标记细胞占细胞总数的百分比）：

1.圖2中从a点开始检测到带3H标记分裂期细胞，则o～a段为________期，理由是：________。

2.处于图3中c点时，带标记的细胞百分数开始下降，则a～c段表示________期。

3.处于图3中c点时，带标记的细胞百分数开始下降，直到消失，到第二次出现带有标记的细胞数时为图中e点，则d～e段所经历的时间相当于 期的时间。

4.一个完整的细胞周期为：________。

学生解决本题时大多运用了数学模型（用线段表示的细胞周期），少部分学生除了第2题，其他题勉强可以做但理解得不透彻，大部分学生理解不了题意。

为了使学生能正确理解，笔者用硬纸板剪下两个同心圆（直径不同），小同心圆放在大同心圆上，并用黑色的笔在两个同心圆上画出细胞G1期、S期、G2期、M期，注意各时期一一对应。两个圆片用圆珠笔尖固定（笔尖在圆心上），学生通过亲手转动上面的圆片，轻松地把这道题解决了。利用本方法解决本题，在之后的教学反馈中，大部分学生在本节课中能听懂，极少数学生通过课下尝试也掌握了。

二、利用物理模型教学使学生产生亲身体会，能更好地理解知识，并牢固地掌握细胞周期中染色体、染色单体、DNA的变化规律

在有丝分裂和减数分裂特征教学中，很多教师采用了幻灯片的图画教学法，由于幻灯片一张连着一张放，学生往往学前忘后。一节课下来，学生觉得烦琐难记。有丝分裂和减数分裂内容两者容易混淆，且难掌握。学生基本上通过动手绘图、反复记忆来掌握相关知识，花费的时间长，效果差。甚至有一部分学生到高中毕业都没有弄懂。减数分裂没有学习好，导致学生失去学习兴趣，进而影响了遗传定律的学习。所以突破有丝分裂和减数分裂这两个难点，恰当的教学方法和手段至关重要。

笔者用一次性筷子、绳子和皮筋来使学生亲身体验有丝分裂的过程，在课堂上先讲解数染色体的方法是数着丝点。染色体有复制前和复制后两种，讲解这两种染色体含有的DNA数量和染色单体数量。教师边讲解边示范，学生在课桌上摆放，在轻松的气氛中就完成了这节课的教学内容。课后的教学反馈效果非常好，全班学生基本上都掌握了。在课后作业的检查中，学生对图形的认识理解、图形的绘制和曲线图的理解都非常到位。

在对减数分裂进行教学时也采用此方法。教师利用模型教学，放慢了教学的速度，但学生亲自参与体验，加深了理解，并在亲自操作中能发现各种各样的问题。例如，有丝分裂中为什么有同源染色体？细胞分裂的各时期染色体如何分布？如何深入理解着丝点排列在赤道板上？学生看图片时很难想象出细胞有丝分裂的立体图像。但我们利用物理模型，让学生参与其中，学生便能体会到学习的乐趣，并能很好地掌握本知识点。

例如，学生学习完本节课内容，在下一节生物课上，学生就能准确地绘制染色体、DNA、染色单体等的变化规律曲线图，并能讲出变化的原因。

教师用构建的物理模型上完课后，又用纸片标上基因，抽查学生，让其在课堂上展示并讲解。继续要求学生掌握有丝分裂各时期的特征，注意有丝分裂后期基因的走向，并总结有丝分裂的意义。

学生通过动手构建物理模型，来进行展示、讲解、交流和合作学习，取得了非常好的教学效果。细胞分裂这部分内容的考试的及格率和优秀率都高于同类班级。

三、利用物理模型能使学生清晰明了、快速地掌握细胞分裂过程中的同位素标记问题

在细胞分裂的过程中，由于有的时期每条染色体含有两条染色单体，细胞核内的DNA含两条脱氧核苷酸长链，所以对染色体和DNA二者的走向，学生很容易混淆。虽然少部分学生通过画图能弄懂，但绘画麻烦，且用时较长。

例如，在有丝分裂过程中，DNA复制一次，细胞分裂一次，用同位素15N标记DNA的两条链，放在14N的原料中培养，观察在第二次有丝分裂的中期，有多少染色体被标记，多少染色单体被标记，正常的第二次有丝分裂后形成的子细胞中含亲代DNA链的染色体数是多少。（体细胞中染色体数为2n）

使用硬纸板制作染色体，绘上DNA双链，并用红色的线代替已经被标记的脱氧核苷酸链（模板链），用黑色的線代替子链。亲代DNA半保留复制后的子代DNA用一条红线和一条黑线表示。

让学生用纸片绘制，两人为一组，根据有丝分裂特征进行移动，弄清楚染色单体和DNA的走向。得出第一次有丝分裂的子细胞每条染色体含一个DNA，每个DNA含一条子链和一条母链。

第二次有丝分裂用同样的方法绘制出每条复制的染色体含两条染色单体，每条染色单体含一个DNA。其中有一条染色单体含放射性DNA（14N/15N），另一条染色单体含无放射性的DNA（14N/14N）。学生通过移动，即掌握了染色体在各时期的特点，也掌握了DNA的走向。最后讨论得出由于着丝点分裂时每条染色体的两条染色单体移向哪一极是随机的，最终移向同一极的所有染色体所带放射性也是随机的，故子代细胞中含亲代DNA链的染色体数是0～2n。

教师通过运用物理模型对本部分内容进行教学，会让学生的体会非常深刻，会让学生从不明白染色体、染色单体、DNA的关系，到迅速掌握有丝分裂和减数分裂的特征，会绘制曲线图和图像，并能把两种分裂方式的图像进行正确区分。由于教学节奏慢，因此学生有亲自参与和产生的体会，能充分理解教学内容，做题基本上全对，进而对生物这门课的学习产生兴趣，并为遗传定律的学习打下坚实的基础。

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