高中生物学图像题的教学策略

2023-12-15常芳芳

中学生物学 2023年5期

常芳芳

(深圳外国语学校龙华高中部广东深圳 518000)

高中生物学涉及很多曲线图和柱形图,如常见的光合作用曲线、酶活性曲线、细胞分裂曲线和柱形图、种群数量变化曲线以及植物激素之间相互作用的曲线图和柱形图等,其中不少图像题是考查重点,同时也是学生做题时的难点。为帮助学生解决此类疑难杂症,进而达到增分的目的,教师整理了解决不同图像题的方法,以供借鉴。

1 以实验现象为载体,从宏观到微观分析光合作用曲线

仅仅从文字角度去准确理解并区分净光合速率、总光合速率和呼吸速率,大部分学生感觉像“雾中花”。学生对实验现象很感兴趣,也急切地想要弄清楚实验现象背后的原理,教师可以抓住学生的心理,尝试通过实验“探究光照强度对光合作用强度的影响”,引导学生从宏观到微观层次分析“三率”,进而使学生理解光合作用曲线的横纵坐标、特殊点以及变化趋势。下文展示了教师的具体教学过程。

学生预习实验“探究光照强度对光合作用强度的影响”,教师引导学生分析此实验的自变量、自变量的设置方法、因变量和实验的观察指标,随后播放实验的操作视频,提出疑问:为什么在黑暗环境下叶片会沉于水中?随着光照强度的升高,下沉的叶片为什么又会逐渐上浮?

基于实验现象,分析如下:在黑暗条件下,叶片细胞不能进行光合作用,只能进行细胞呼吸。由于CO2易溶于水,叶片细胞间隙没有气体,所以叶片会沉在水底。此时,叶片细胞单位时间内从外界吸收的O2量或释放的CO2量代表该叶片细胞的呼吸速率,如图1 中A所示。当给予弱光时,叶片细胞既可以进行光合作用,又可以进行细胞呼吸(整个实验过程中的呼吸作用强度默认不变),但叶片仍沉在水底,说明呼吸作用强度大于光合作用强度,光合作用产生的O2量不能满足呼吸作用所需,叶片细胞需要额外从外界吸收O2,呼吸作用产生的CO2量超过光合作用所需,多余的CO2释放到外界,此时产出(总光合速率)低于内需(呼吸速率),净积累量(净光合速率)小于0,如图1 中B所示。继续增加光照强度,光合作用逐渐增强,当达到一定光照强度时,呼吸作用强度会等于光合作用强度,此时叶片仍沉在水底,叶片细胞与外界环境之间没有气体交换,产出(总光合速率)等于内需(呼吸速率),净积累量(净光合速率)为0,如图1 中C所示。在光合作用强度等于呼吸作用强度后,随着光照强度增加,光合作用继续增强,叶片逐渐上浮,说明呼吸作用强度小于光合作用强度,呼吸作用产生的CO2量不能满足光合作用所需,叶片细胞需要额外从外界吸收CO2,同时光合作用产生的O2量可以满足呼吸作用所需,多余的O2释放到外界环境中,此时产出(总光合速率)高于内需(呼吸速率),净积累量(净光合速率)大于零,如图1 中D所示。基于上述分析过程,教师建立光照强度和净光合速率曲线图(图2),并借此引出光补偿点、光饱和点、CO2浓度对光合作用强度的影响以及其在生产实际中的应用等内容。

图1 不同光照强度下呼吸速率与光合速率的比较

图2 光照强度对光合作用影响的曲线图

此类教学方法也可以应用于温度、pH对酶活性影响的曲线,以及种群数量变化曲线等。

2 “归纳法”攻克有丝分裂和减数分裂过程中物质变化曲线图与柱形图

有丝分裂和减数分裂过程复杂,涉及的名词众多,一直是教学内容中的重难点。不同细胞分裂时期染色体、核DNA、染色单体等数目变化的曲线图、柱形图和科研文字信息题更是学生学习中的疑问点和难点,尤其当遇到曲线图和柱形图时,学生大多感到无所适从,心中恐慌。教师可以化繁为简,引导学生学会归纳整理不同细胞分裂时期染色体、核DNA 和染色单体等数目变化的规律,从而为学生提供“脚手架”,帮助学生攻克此类难题。

2.1 “三步法”分析有丝分裂和减数分裂过程中物质变化曲线图

教师讲解有丝分裂和减数分裂过程时,可以引导学生归纳不同时期染色体、核DNA 和染色单体等数目变化的情况及原因,可指导学生按以下三步进行。第一步:看“斜线”区分核DNA 和染色体的数量变化曲线。曲线中存在斜线,是核DNA 数量变化曲线;不存在斜线,则是染色体数量变化曲线。第二步:看“结果”区分细胞增殖的方式。起点与终点的物质数目相同,是有丝分裂;终点是起点物质数目的一半,则是减数分裂。第三步:找出引起物质发生变化的原因及原因对应的时期,依据时期变化,分段找出各线段对应的时期,如图3所示。

图3 有丝分裂和减数分裂物质变化的原因及对应时期

【例1】图4 是细胞分裂和受精作用过程中核DNA 含量和染色体数目的变化,据图分析可以得出的正确结论是()

图4 细胞分裂和受精作用过程中核DNA含量和染色体数目的变化

A.a、c 阶段为有丝分裂,b 阶段为减数分裂

B.M 点时细胞中的DNA—半来自父方,一半来自母方

C.GH 段和OP 段,细胞中含有的染色体数目相等

D.MN 段发生了核DNA 含量的加倍

试题解析:本题中已知核DNA 和染色体含量曲线,即已完成了第一步。第二步是看结果区分细胞的增殖方式。a 时期,起点与终点的核DNA 含量相同,则表示进行有丝分裂;b 时期,起点与终点的核DNA含量不同,表示进行减数分裂;c 时期,起点和终点的染色体数目相同,表示有丝分裂。第三步是找出引起物质发生变化的原因及原因对应的时期。核DNA 含量加倍的原因是S 期DNA 复制,减半原因是细胞一分为二,因此,AC 段为有丝分裂的S 期;CD 段为有丝分裂的G2期、前期、中期、后期和末期;FG 段为减数分裂的S 期;GH 段为G2期和减数分裂Ⅰ的整个时期;ⅠJ 段为减数分裂Ⅱ的整个时期;LM 段表示受精作用。染色体加倍的原因是后期的着丝点分裂,减半原因是末期细胞一分为二,因此,MN 段为有丝间期、前期和中期;OP 段为有丝后期和末期。根据以上分析可知,a 阶段为有丝分裂,b 阶段为减数分裂,c 阶段为受精作用和有丝分裂,A 错误;M 点时发生受精作用,细胞核中的DNA 一半来自父方,一半来自母方,B 错误;GH 段染色体数是OP 段染色体数的一半,C 错误;MN 段为有丝分裂间期、前期和中期,D 正确。

2.2 “二看法”分析有丝分裂和减数分裂过程中物质变化柱形图

对比有丝分裂和减数分裂图像,教师引导学生分析染色体数目的变化规律,归纳如图5所示结果。

图5 有丝分裂和减数分裂染色体数目变化规律

当学生做题遇到有丝分裂和减数分裂物质变化的柱形图时,教师可给学生提供如下解题思路:一看染色单体,区分染色单体、染色体和核DNA 数;染色单体会出现0,当染色单体存在时,染色体数∶核DNA 数∶染色单体数=1∶2∶2,如图6所示,据此可区分染色体和核DNA。二看染色体数,根据归纳的规律找出对应的时期。

图6 有丝分裂和减数分裂染色体数、染色单体数与核DNA 分子数的关系

【例2】图7 表示某雌果蝇进行减数分裂时,处于四个不同阶段的细胞(Ⅰ～Ⅳ)中相关结构或物质的数量。下列有关表述中正确的是()

图7 四个不同阶段的细胞中相关结构或物质的数量

A.在Ⅰ阶段的细胞内,可能发生了着丝点分裂

B.在Ⅱ阶段的细胞内,可能没有同源染色体

C.在Ⅲ阶段的细胞内,可能发生DNA 的复制

D.在Ⅳ阶段的细胞内,可能含有同源染色体

试题解析:利用“二看法”解题。一看染色单体,依据染色单体会出现0 可知,是染色单体。依据染色单体存在时,染色体数∶核DNA 数∶染色单体数=1∶2∶2 可知,是核DNA,是染色体。二看染色体数,果蝇体细胞中染色体数为2n=8,Ⅰ染色体数是2n,无染色单体,按照归纳的图表,可找出Ⅰ可表示卵原细胞或减数分裂Ⅱ的后与末期,因此,在减数分裂Ⅰ阶段的细胞内,可能发生了着丝点分裂,A 正确;Ⅱ染色体数是2n,有染色单体,Ⅱ可表示G2 期或减数分裂I 的整个时期,因此,在Ⅱ阶段的细胞内有同源染色体,B 错误;Ⅲ染色体数是n,有染色单体,Ⅲ可表示减数分裂Ⅱ的前期或中期,因此,在Ⅲ阶段的细胞内不可能发生DNA 的复制,C 错误;Ⅳ染色体数是n,无染色单体,Ⅳ可表示卵细胞或极体,在Ⅳ阶段的细胞内,不可能含有同源染色体,D 错误。