基于物理模型构建在“细胞增殖”一课的教学实践

李宇星

摘 要：生物必修一“细胞的增殖”是高中生物教学的重点难点区域，能否理解掌握核心概念对之后的生物教学承接有及其重要的影响。本节教学主要利用染色体物理模型的建构活动来探索核心概念，让学生形象直观理解染色体及分裂过程，提高教学效率。

关键词：物理模型;有丝分裂;染色体

有丝分裂属高中生物人教版必修一六章第一节《细胞的增殖》内容。在细胞多种分裂方式中，有丝分裂和减数分裂属高中生物之中既是重点又是难点部分。不少学生在学习有丝分裂和减数分裂相关知识后遇上题目仍觉得十分困难，难以解决，而有丝分裂又是学生学习减数分裂的基础，因而有丝分裂是教师必须帮助学生有效突破的部分，可以使用物理模型来进行更优化的教学[1]。“物理模型”常以实物或图画来体现认识对象的特征，在教科书中已有图片等内容，故实际教学中应更倾向于使用实物的方式来开展。教师开展和引导学生在特定情境中的思考或動手，建构相关模型来学习生物学知识，将实物转化为认知图示，使学生获得更加直观、具体的概念，并以此来深化理解“有丝分裂”的意义。

一、充分参与，制作模型

教师提出在课堂上制作染色体物理模型的一系列要求。

1、教师在课堂上讲授染色体模型相关的概念、类型以及构建的一些注意事项。

2、利用自己准备好的材料：白纸若干张（用于打底）、油性笔（用于画图）、用于制作染色体的材料用橡皮泥、丝线或铁丝任一均可或者学生有其他想用的材料，发挥学生的想象力和动手力。如使用铁丝或丝线，还要提醒学生准备剪刀。

提示：制作染色体需要准备不同颜色的材料，如使用橡皮泥至少需要三种不同颜色橡皮泥，用于区分和组成着丝点，丝线亦是如此。

3、模型的制作以个人的形式展开，学生彼此间可以进行交流讨论。教师应要求学生课下做好准备工作，提前了解设计流程，以便节约课堂时间。

教师在本节使用物理模型的教学中，需要合理安排好教学时间，以免制作模型的时间过长影响教学进度，课前需要让学生有一定的准备，不仅是准备好各种材料用具，学生需要对染色体模型有一定的了解，在制作过程前要提好具体要求和时间安排。教师可以准备已经制作好的相关模型作为样品来给学生参考，以此保证学生制作活动的顺利完成，减少不必要的课堂时间损耗，保证教学效果和教学时间的平衡。

二、基于模型辨析核心概念

1、染色质与染色体

教师引导学生阅读课本了解分裂间期和前期的特点，提出通过建构模型来把握染色质、染色体、染色单体、DNA这几个概念之间的联系。

师：细胞的增殖，主要是完成遗传物质的增殖，我们在之前学习的中讲过，在细胞核之中有一种易被碱性染料染成深色的物质名为染色质，用于储存遗传物质。而在有丝分裂中，我们要观察的是染色体的不同种变化。那么染色质和染色体的关系大家还记得吗？

生：染色质和染色体是同一种物质在细胞中的同时期的两种表现形态。它们的组成成分是一样的，但是由于构型不一样，所以还是有一定的差别。染色体在细胞的有丝分裂间期由染色质螺旋化形成。

然后教师指导学生完成橡皮泥制作染色质和染色体，让学生对两者的结构有个明显直观的对比（如图1）。

2、有丝分裂过程

有丝分裂其核心内容是分裂过程中染色体的各种变化。有丝分裂是一个动态连续的过程，将其分为四个时期是为了更方便的进行研究，即前中后末四个时期。这些时期分别有它可以用于区分的特点。因此本节课在让学生构建模型的过程中，要注意强调有丝分裂的连续性，尝试用染色体模型来展示其在分裂过程中连续变化的过程。

教师展示建模，植物细胞有丝分裂进入前期，都出现了哪些的变化？我们可以发现，本来丝状的染色质变成了条状的染色体（教师将染色质模型捏成染色体），在细胞两极有两组中心粒，教师画线从中心粒放出纺锤丝构成纺锤体。然后将刚才捏好的染色体散乱摆放在中央。请同学对比一开始的植物细胞，可以发现其中核膜核仁的消失，最后得出特征：膜仁消失两体现。

之后让学生开始活动，完成初期的模型建构并接着对有丝分裂中期模型进行建构，教师在一旁进行引导：染色体是被纺锤丝牵引向着中央移动的，牵引的位置是染色体中间的着丝点，最后结果是原本散乱分布的染色体全部整齐的排列在赤道板上。教师要向强调赤道板区域的存在意义，赤道板并不是真正的细胞结构。之后总结该期特征：型定数晰赤道齐。

教师继续安排学生进行分裂后期的制作活动：“在中期染色体整齐排列的意义是为了能够在后期进行准确的分开，有丝分裂是一个连续的过程。”在细胞分裂的后期，每条染色体会在纺锤丝的牵引下进行分离，分别移向细胞的两极，分离出来的染色体我们称之为染色单体，由此形成了两条完全一致的子代染色体，完成了对遗传物质的平均分配，但此时还有没形成两个新的子细胞。后期的模型建构是学生们最容易出错的地方，主要集中在几点：①着丝点的数目没有随着染色体的分离而加倍。②染色体模型（如橡皮泥制作）分离时没有按照姐妹染色单体进行分离而是直接将染色体竖直从中间断开③染色体分离后染色单体开口的方向出错。不管学生是正确还是错误的完成了后期模型的制作，都能对这个时期的特征有更深刻的了解。

图4有丝分裂后期模型

三、对使用物理模型教学策略的反思

染色体与细胞分裂是高中生物的一块重难点内容，除了本节课所要讲述的关于有丝分裂以外，还有后续的关于减数分裂、遗传的分离定律和自由组合定律等难度较高的部分，学生能够通过物理模型的制作对染色体形成印象深刻的知识，化抽象为具体，在对后续的教学也将有重要意义。

模型建构是科学研究及教育教学的一种常用方法。在本节生物教学内容中，通过物理模型制作的实践活动，让学生能够将原本微观的细胞分裂过程上升为宏观的过程。制作物理模型过程同学间可以彼此讨论、合作，培养学生的协作能力也能让学生在学习过程中提高动手能力和模型构建能力，在制作过程中学习有丝分裂的核心内容。具体通过橡皮泥（或其他材料）首先构建染色质和染色体来帮助区分两者，而后建构染色体（不同颜色大小）、着丝点来组装完成有丝分裂前、中、后期染色体的一系列行为变化。利用构建物理模型的方法来完成对有丝分裂核心概念的教学，能有效提高课堂教学效率，激发学生学习兴趣，学生能积极主动的完成预期教学目标，发展学生建模能力。在高中生物的教学中，构建和使用物理模型辅助教学是具有意义和价值的，生物教学中相比直接向学生输入知识，如果能利用活动为载体，探究性引导学生参与活动在活动中学习知识，对于学生们生物学核心素养培养会更加有帮助[2]。

参考文献

[1]陈维.例谈“细胞分裂”的模型建构[J].生物学教学，2015（11）：25-26

[2]叶建伟.运用模型方法提高课堂教学的效率[J].中学生物教学，2013（1）：28～30.

本文是2019年广东省教育科研“十三五”规划课题“物理模型在高中生物教学中的应用实践研究”，课题编号：2019YQJK308