贯穿假说—演绎，巧用模型建构的“细胞增殖”教学设计

沈露霞 田华

摘要 以“假说—演绎法”为主线，整合模型建构进行教学，启发学生在“提出问题—建立假设—演绎推理—修正模型—得出结论”的过程中，自主构建生物学的大概念和重要概念，将抽象的内容具体化，提升学生的核心素养。

关键词 有丝分裂 假说—演绎法 模型建构 核心素养

中图分类号 G633.91              文献标志码 B

1 教材分析与设计思路

“细胞通过分裂增殖”是普通高中生物学2019年浙科版新教材《必修1·分子与细胞》第四章“细胞的生命历程”的第一节内容。该节内容通过“人体是如何从一个受精卵发展而来的”，回顾细胞学说中魏尔肖提出的“所有的细胞必定由已存在的细胞产生”，引出“有丝分裂与减数分裂是真核生物细胞分裂的主要类型”。本节课以“如何解决遗传物质的复制与均分”的任务为中心，层层递进，利用假说—演绎法，开拓学生的思维，促进学生勇于质疑、不断修正，通过分析生物学事实，从而明确有丝分裂各个时期的特点，并制作出有丝分裂过程的模型，化抽象为具象，加深理解。

2 教学目标

（1）通过假说—演绎法，在观察的基础上提出假设，再进行演绎推理，经过讨论和实验验证，最后推导出科学结论，说出有丝分裂的重要行为。

（2）利用透明亚克力球模拟细胞、细胞核，用毛线、扭扭棒模拟染色体，构建有丝分裂过程模型，提升科学思维。

（3）在真实情境中的小组合作探究，提出有丝分裂过程的猜想，培养准确解释、解决实际问题的能力，提升社会责任素养。

3 教学过程

3.1情境导入

教师播放“胚胎形成过程”的视频，使学生感受构成人体的细胞的来源。教师回顾细胞学说中魏尔肖的论断，引导学生说出细胞的来源，分析遗传物质的数量，利用图1引出减数分裂与有丝分裂的概念。

设计意图：教师播放视频，引起学生注意，激发学生的兴趣，使学生认识到胚胎发育的过程涉及到细胞的分裂和分化;再呈现减数分裂与有丝分裂的概念，通过对比，帮助学生理解，为学习减数分裂的过程打下基础。

3.2明确任务

3.2.1提出与分析细胞周期的概念

教师引入细胞周期的概念，并设置两组常见细胞（一组为高度分化的细胞，包括红细胞、白细胞、肌肉细胞、皮肤细胞、神经细胞;另一组为连续分裂的细胞，包括受精卵、根尖分生区细胞、各种干细胞、癌细胞），促进学生对细胞周期的理解，并要求学生判断这些细胞是否具有细胞周期。学生比较后，明确“并不是所有的细胞都有细胞周期，连续分裂的细胞才有细胞周期”。教师追问：不同种类细胞的细胞周期持续时间是否相同？并展示不同类型细胞的细胞周期时间，引导学生得出结论：不同种类细胞的细胞周期时间不同。

设计意图：教师以常见的细胞为例，引导学生思考“连续分裂”的意义，使学生理解：细胞周期是从一次分裂结束为起点，到下一次分裂结束为终点。

3.2.2明确细胞周期中需要完成的两大任务

教师展示有丝分裂示意图（图2），引导学生从遗传物质的角度，思考细胞分裂前的准备工作，即对遗传物质进行复制，从而引出分裂间期与分裂期的概念。

教师引导学生复习染色体的成分及其与染色质的关系，使学生明确DNA 是遗传物质。教师提问：若图2所示的起始细胞中核DNA 的含量为m，经过一次有丝分裂后，产生每个细胞中的核 DNA 的含量为m。这两个细胞继续进行有丝分裂，产生的四个细胞中的核 DNA 的含量仍为m 。如何才能出現这个结果？在学生分析、讨论后，教师指出：遗传物质的复制就是 DNA 的复制，即染色体（质）的复制。并引导学生说出完整的细胞周期中需要完成两个主要任务：①完成遗传物质的复制;②将复制完成的遗传物质精确均分到两个子细胞中。教师追问：细胞如何能确保顺利完成这两个任务？

设计意图：教师引导学生构建有丝分裂全过程的整体观，突出过程重点，驱动学生积极思考，使学生认识到“直接进行分裂，不进行复制”的想法是错误的，激发学生的求知欲，训练学生的科学思维。

3.2.3建构染色体复制的模型

教师提出问题：核DNA如何复制？教师请学生阐述对“复制”一词的理解，并总结学生发言，用模型的方式展示学生的假说（图3）：用毛线代替染色质模拟复制过程，即将颜色两两相同的毛线混合在一起。教师指出“若要快速将其均分，相对困难”，提出图3的复制模型二，并追问：为了实现复制后遗传物质能够精确均分，更符合哪种模型？学生思考、得出：若以模型二的形式复制，有利于后续的均分。

设计意图：教师引导学生针对以上两种模型的不同点进行比较，结合生活经验与一般逻辑进行分析，培养学生的推理能力。

3.2.4利用假说—演绎法，建构有丝分裂过程的模型

教师提出问题：复制完成后，染色质的状态是否变化？教师自备毛线团以模拟染色质的复制过程（图4），并强调染色质是细丝状的，引导学生得出结论：以染色质的状态，即使采用复制模型二的方式进行复制，仍然无法顺利完成精确均分。

教师引导学生思考讨论：既然染色质显得杂乱无章，不利于均分，所以在分裂过程中染色质是否需要变化状态呢？教师再次展示教具扭扭棒，引导学生比较扭扭棒与毛线团的质感。学生发现用扭扭棒更加适合用于模拟染色质高度螺旋后形成的短杆状的染色体（图5），从而得出染色质到染色体的转变更有利于遗传物质的精确均分。据此，教师引导学生建立假说。

教师事先制作植物细胞有丝分裂装片。学生观察、分析植物根尖分生区细胞的装片视野，并开展2个活动，用事实证据验证假说。

活动①尝试对显微摄影图进行排序并对结果进行相互评价：教师事先打印好4张显微摄影图，每小组一份。学生每四人为一组，对显微摄影图按照所示过程的时间进行排序并展示，说明排序的理由。各小组相互评价，全班讨论、得出四张图片的正确顺序。教师从而引出有丝分裂的前期、中期、后期、末期。

活动②尝试建构有丝分裂过程的模型并对结果进行相互评价：学生利用教师提供的扭扭棒，根据显微照片和之前的模型，再次修正和建构有丝分裂的全过程，根据染色体的行为，在白板上摆出前期、中期、后期和末期各时期的模型。

学生在这两个活动中，发挥主观能动性与积极思考能力，最终验证了以上所有的假设与猜想。同时，教师利用动画课件，模拟展示有丝分裂整个动态的过程，将静态的图转化为动态，促进学生理解有丝分裂的连续过程。

设计意图：学生根据自己的生活经验与逻辑推理，在排序过程中对有丝分裂过程形成整体的认识，明确染色体的行为。教师引导学生进行推理性的思考，逐步构建有丝分裂的过程。学生在明确有丝分裂过程的基础上，将自己构建的模型与书本插图作比较，进一步证实了自己思路的准确性。

3.3归纳小结

学生尝试说出有丝分裂的具体过程并归纳有丝分裂的意义。教师引导学生思考：有丝分裂的染色体复制发生在什么时期？实现遗传物质的均分是哪个时期？染色体数量如何变化？核 DNA 数量如何变化？并要求学生完成表1。

学生讨论、分析，得出：有丝分裂的重要意义是将亲代细胞的染色体经过复制后，精确平均分配到两个子细胞中，其中染色体有序的移动行为确保了均分，从而保证了遗传性状的稳定性。

设计意图：学生在教师的引导下，根据假说—演绎法和自制的模型对细胞周期的概念、有丝分裂的过程有了全面的理解和掌握，从直观认知上升到科学概念，培养了科学思维。

4 教学反思

教师以假说—演绎法为主线，引导学生对有丝分裂这种抽象的生命现象进行假设并推理演绎，结合实验进行验证，对假设和模型进行修正，最终得出正确的结论。

学生以小组合作形式，利用生活中常见的材料建构模型，将抽象的有丝分裂过程化为具体的可操作可思考的过程。建模过程有助于提高学生学习主动性与积极性，有助于培养学生的创新思维，同时也体现以学生为主导的课堂教学形式，启发学生结合科学论据与实验现象，制作模型并修正，培养学生敢于质疑的态度及批判性思维，从本质上发展学生的科学思维素养。