关于有丝分裂模型建构与自主学习关系的探究

北京市延庆县第一中学 李 鑫

一、指导思想与理论依据

皮亚杰（J.piaget）的建构主义理论，布鲁纳的结构主义理论及罗杰斯的人本主义理论三种理论强调的是学生是学习的主体，是信息加工的主体，即学生的主体性，这三者均与学生自主学习有关，强调学生在认知过程中的自我思维与体验，强调在学习过程中培养学生的独立自主的学习能力。所谓自主性学习，是指学习者在学习活动中具有主体意识和元认知能力，发挥自主性和创造性的一种学习过程或学习方式。如在授课过程中，可以利用模型建构，激发学生的自主学习能力。

在美国《国家科学教育标准》“科学内容标准”中，把科学主题的重点定位为“所有学生需要了解、理解和运用科学事实、概念、原理和模型”。 在9～12年级的内容标准中，进一步把“运用逻辑和证据来构造和修改科学解释和科学模型”和“承认并分析其他解释模型”作为进行探究所需要的基本能力。 “模型是用来显示复杂事物或过程的表现手段。建立模型（making model）能帮助人们理解他们无法直接观察到的事物。科学家经常用模型来代表非常庞大或者极其微小的事物┅┅”作为现代科学认识手段和思维方法，模型具有两个方面的含义：一是抽象化，二是具体化。模型具有解释、预见、发现和启示功能。建立模型使抽象变得具体、直观，促进学生思维和探究，激发学生学习的自主性。

本节课的设计结合高中学生的认知能力，通过环环相扣的问题链，以探究为核心，启发学生在情境中思考，在参与教学活动的过程中，以建构物理模型为中心，以有丝分裂为载体，提高了学生主动学习的积极性，使学生能够在深入理解生物学概念的同时，发展他们较高层次的认知能力和理性思维的习惯。

二、教学背景

1.教学内容

细胞有丝分裂过程，本节是在学生已经了解了细胞的基本结构和功能，以及初中所学的细胞需要增殖的基础上，进一步探讨细胞如何进行增殖，所有问题围绕着一个主题展开：细胞进行增殖，如何保证其遗传物质的准确传递，这个问题主要包括了两大部分内容：一是遗传物质在数量上如何保证亲子代一致。二是遗传物质在分裂过程中的行为变化。前者引出问题的关键，指出整节课的主线，后者围绕前者进行展开，是进行探究性学习的很好素材，有利于学生生物科学素养的培养。后者的学习要求学生必须展开想象力，在头脑中构建有丝分裂的物理模型，理解和掌握有丝分裂的过程，为学习下一章减数分裂做知识储备。

2.学生情况

通过初中和前一段的学习，学生已经了解了细胞的基本结构和功能，知道了细胞的结构并且知道细胞需要不断增殖，为本节知识的学习奠定了基础。同时高中学生已经具备了一定的观察和认知能力，分析思维的目的性、连续性和逻辑性也已初步建立，但还不完善，对事物的探索充满好奇心，又往往具有盲目性，缺乏目的性，并对探索科学的过程、方法及结论的形成缺乏理性的思考。 所以在本节教学的设计中希望充分利用学生已有的知识和个性上的特征，引导学生沿着科学的逻辑思维路线，从提供的材料中去主动发现问题，进行分析、推测和探究，最终得到符合逻辑的结论。

3.教学方式

模型建构与自主学习相结合。

4.教学手段

以信息技术为依托，通过PPt演示文稿形式呈现有关研究资料和图片，引导学生分析和构建有丝分裂模型。

三、教学流程

有关于有丝分裂的讲授，在每个班都做了很多的尝试和努力，才斟酌出一套较为完善的引导性问题串和学生活动。

最开始的思路，因为没有充分了解学生的知识储备，认为学生具备了一定的观察和认知能力，并且分析思维的目的性、连续性和逻辑性也已初步建立。所以第一个问题，设置为：细胞分裂产生什么结果。学生的回答和预期大不相同，因为学生分析思维的目的性还不完善，这就让引出后期的问题，如DNA的存在形式，行为变化的引导，出现了很大的障碍，后续的运用模型建构也出现困难。

在经过修改之后，在后续试讲班级有了如下调整。这节课运用一个问题引出：在分裂过程中，什么物质的分配更为重要？我们可以引出DNA在细胞中的存在形态这个问题。并且由此引出分配过程中，是以何种形式进行分配，同时利用耳机线模型，引导分配时遗传物质的形态以染色体形态时更加不易出错，这样就给了学生思维一个导向性。这样对于学生现有的逻辑能力有很大的指引。

接下来运用果蝇的染色体，讲解所蕴含的的遗传信息线性分布，不能丢失，为随后的问题：一分为二的两个细胞是否完全一样打下基础，学生能够理解，遗传物质需要平均分配。这样以问题串的方式，学生循序渐进的掌握了有丝分裂的一个关键点。

然后，再让学生利用电线模型，模拟有丝分裂过程中染色体的平均分配过程，在模拟过程中，学生就会碰到一个问题：最开始的遗传物质有一份，平均分配的遗传物质有两份，那应该怎么办？有些学生能够想到复制，这就通过学生思维的碰撞，掌握了有丝分裂第二个关键点。有些同学的想法可能会有一些问题。我利用录像机，将学生的活动记录下来，在全班进行展示，分析每个想法的可行性和不严谨的地方。最后，观看电镜下真实有丝分裂的过程，给一些典型的时期命名。

通过问题串和学生活动，利用学生在这个过程中生成性的想法引导学生感受遗传物质的复制和平均分配。学生活动充分，思维活跃，授课效果良好。

四、本教学设计与以往或其他教学设计相比的特点

对于传统教学，教师采用讲授和灌输的方法，教师在黑板上画图，学生在下面抄笔记，但一节课讲完，学生不理解这样分裂的意义，也就记不住有丝分裂的过程，因此在传统教学中，一直认为有丝分裂是难点。随着信息技术在生物教学中不断利用，教师渐渐改进了教学措施，加入了PPT，挂画，视频等辅助工具，这虽然对于学生的理解有了一定的帮助，但是依然是以讲授和灌输为主，学生对于知识依然是死记硬背，不能够很好的运用和掌握。但本节课的教学设计完全打破了传统意义上的教学模式，以构建模型为方式方法，以对于学生理解和掌握知识最有帮助的自主性教学理念为载体，力求体现学生学习方式的改变，倡导以探究为核心、注重合作，多样化的学习方式，引导学生积极思考、主动参与，学生各种能力得到锻炼。重点体现在以下几方面。

第一，教师在备课过程中收集大量材料，合理选择有丝分裂中遗传物质的变化特点，细致策划一系列有递进关系和逻辑关系的问题串，创设情境，以建构模型，科学探究的教学方式让学生亲身参教学问题的解决。

第二，利用多种演示手段，有效提高了学习效果。通过学生实验，模型和多媒体技术的合理配合使用，力求最大程度上达到教学效果，落实教学目标。

第三，通过这一次模型构建，充分发挥学生积极性、主动性和创造性，按照学生自己的思路，自主动手，相互协作，领悟有丝分裂的特点、体验成功的快乐，更好地掌握其分裂特征，不仅为后续的学习做好铺垫，而且激发了学生学习的热情与兴趣，锻炼了学生自主学习能力。同时教师注重对学生的情感教育，引导学生初步养成质疑、求实、创新及勇于实践的科学精神和科学态度。

五、学习效果评价设计

本节的设计，主要采用形成性评价的方式。由于探究性教学其固有的开放性，学生的思维一旦激活，“火花”就会四处绽放，特别是一些开放性较强的问题。所以学生的答案可能没有固定的标准，也会有一些不得要领甚至是错误的答案。面对这种情况，教师切忌进行消极评价，打击他们的积极性，作为教师要想尽办法鼓励学生，保护学生思维的火花。评价指标主要是：回答问题和提出问题的积极性、主动性，建构模型中的表现和完成情况等。教师在及时评价学生的学习效果的同时，根据学生回答的问题及时、适度调整自己的教学方向与进度。

通过此节课的学习，学生对于有丝分裂有了深刻的认识，对于他们理解减数分裂有积极的帮助，如在其他班讲述减数分裂，学生无法理解染色体变化情况，而在通过建构模型学习有丝分裂的班级中，学生对于减数分裂有更好地理解。最后的期末考试中，这几个班的学生在关于分裂的问题上，较其他班来说，错题率大大降低。

如选择题3：

3.与有丝分裂相比较，不属于减数分裂所特有的是（ ）

A.在一定的发育阶段和一定的场所进行

B.同源染色体分离导致染色体数目减半

C.子细胞的遗传信息组合可能是不同的

D.复制后的DNA随着丝点的分裂而分开

?

如选择题14：

14.下图是动物细胞有丝分裂和减数分裂过程，一个细胞中染色体数目变化规律的曲线和分裂过程中各分裂相之间的对应关系图，其中错误有

理科普通班学生正答率如下图

其中7班为笔者所教班级，10班为试讲班级。可见，在平行班中，运用模型建构来讲授两种分裂的班级正答率更高一些。原因可能是模型建构可以变抽象为具体，学生自主参与的模型构建，让学生更加深层次的理解知识，记忆也更加深刻，并且也可以锻炼思维和逻辑。

这些数据都说明在生物教学中融入模型教学方法能够有效地提升教学效果，不仅能够帮助学生理解生物知识之间的内在关联，拓展学生思维，而且还能激发学生学习热情，有助于他们自主学习。总之，这种利用建构模型来激发学生自主学习的教学方式，应更多的用于日常的教学中。