运用系统思维，建构“分裂”模型

王美华

摘要：在“减数分裂”一节教学中，重视减数分裂各个时期特征的讲解而忽视细胞分裂知识的整体建构，重视减数分裂过程是什么的讲解而轻视为什么是如此过程的思维建构，导致教学效果不尽如人意。对本节教学策略进行重构，在整个教学过程中突出整体化教学设计和学生思维建构，探索帮助学生理解减数分裂目的、实现染色体数目减半的路径，把教师的灌输和学生的读记转变成培养学生演绎与推理、模型建构等科学思维方法，从而让学生在真正理解知识的同时提升他们的科学思维素养。

关键词：整体化教学 模型建构 教学设计

中图分类号：G633.91 文献标志码：B

高中生物“减数分裂”一节的内容既是细胞生物学重点和难点，又是遗传学和分子生物学的基础，这部分基础知识尤为重要。然而，这部分知识却是很多学生学习的死结。究其原因，主要还是在新授课教学时，教师往往是通过视频、动画、模式图讲解等方式，告知学生减数分裂的具体过程。为什么是这样一个过程？学生却思考不深或没法体会。学生除了探究活动参与少、被动接受知识外，更缺乏运用系统思维辨析概念和模型建构探索问题的过程。时间一长，学生就会混淆概念、遗忘知识。怎样打开这个死结？笔者采用“整体化”原则进行设计，以学生探究活动为载体，以思维训练模型建构为核心，引导学生在把握整体变化的基础上，掌握各分裂期的细节特征。

1运用系统思维，让学生明了不同分裂的本质区别

系统思维源自美籍奥地利生物学家贝塔朗菲提出的一般系统论，是把认识对象作为系统，从系统和要素、要素和要素、系统和环境的相互联系、相互作用中，综合地考察认识对象的一种思维方法，也称为整体思维。系统思维便于从全局把握、认识研究对象。运用系统思维时，对研究对象要全面思考，要把研究想要达到的结果、实现该结果的过程、过程的优化以及对未来的影响等一系列问题作为一个整体进行研究，不能只就事论事，而是要考察研究对象各要素间的相互关系及其整体功能。

真核细胞的细胞分裂有3种方式。减数分裂只是其中的一种方式，也是一种特殊方式的有丝分裂。学生容易将其和有丝分裂混淆，为此，在进行“减数分裂”一节教学前，笔者基于2005年美国国家研究理事会发布的研究报告《学生是如何学习的——课堂中的科学》中提出的“触动学生前概念”的原则而进行问题设计，力图先让学生弄清楚减数分裂和有丝分裂各自要达到的预期结果，然后才考虑它们达成的路径。于是，笔者从学生既熟悉又感兴趣的话题，即他们自身生长发育过程开始，引导学生思考、讨论并交流下列问题：①受精卵细胞有丝分裂形成的许多细胞具有什么特征？②当人体生长发育到青春期性成熟时，男生就会产生精子，女生就会产生卵子，精子和卵子细胞中染色体数目应该怎样？③有丝分裂和减数分裂分别要达成的最终目的是什么？④有性生殖主要包含哪些重要环节（可尝试建构概念图表示）？⑤减数分裂在整个生命周期中的作用和地位是什么？经过学生自己的感知，学生能清楚知道：人体的体细胞经有丝分裂后，每一个子细胞中染色体的数目都保持不变，即细胞核中都有23对染色体;减数分裂产生有性生殖细胞，有性生殖细胞中染色体数目减半;一旦雄性和雌性生殖细胞邂逅，就可能结合成受精卵，诞生新的生命。这样不仅让学生自己感知和辨析概念，更帮助学生通过整体化学习的方式建立知识体系，让学生清楚概念彼此间的关系。

2建构“分裂”模型让学生探索减数分裂染色体行为

模型作为一种认识手段和思维方式，是科学认识过程中抽象化与具体化的辩证统一。

建模教学指的是涉及模型建构、模型使用、模型评价和修正的教学。所谓“生物建模教学策略”，就是在课堂教学中利用模型方法建立生物模型，运用生物模型解决生物学问题。

“减数分裂”学习中的建模教学是在比照有丝分裂过程中能维持分裂前后染色体数目不变基础上，再看“减数分裂”前后精（卵）原细胞染色体数目的变化情况，让学生发挥想象力，构建“减数分裂”的模型，在脑海中形成新的知识结构。

笔者在教学过程中，首先引导学生思考和分析以下问题：①在有丝分裂过程中，分裂前后细胞中染色体数目保持不变的真正原因是什么？②对照有丝分裂中染色体复制1次、着丝点分裂1次、细胞分裂1次的特点，请推测如何在减数分裂过程中实现配子中染色体数目减半。③要保证每个配子中含有该物种染色体所携带的全部的遗传物质，减数分裂中同源染色体行为如何？④减数分裂中两次分裂的主要任务和相互关系怎样？其次，通过对这四个问题的思考，学生以有丝分裂为基础建构起减数分裂的大致轮廓，进而进行小组合作建模活动：4人一组用所给的染色体（彩色纸片或橡皮泥）和纺锤丝（绒线）在给定的白纸上搭建减数第一次分裂、第二次分裂各时期的模型，并交流减数分裂各个时期的特点和相互关系。学生通过活动操作、对比推理、评价交流，经历了模型建构、使用和修正的过程，这为他们探究性、创造性思维的发展提供了广阔的空间。在模型建构活动的基础上，教师再引导学生归纳减数分裂的概念，就水到渠成了。这样既遵循了“注重学生的元认知”原则，又实实在在地践行了核心素养培养中的科学思维培养之目标。学生的探索过程虽然慢了点，也有不少学生走了弯路，但他们在与其他学生思维的碰撞中不断充实自己的思考，真正让思考更深入，让理解更深刻，也让意义更深远。

3回归教学本真让学生体验真实的减数分裂过程

减数分裂过程中各时期的模式图与真实的细胞分裂过程的图示之间存在较大的差异，许多学生、甚至部分教师都无法辨认减数分裂过程实物圖。如何做到既让学生巩固所学的减数分裂的知识，又让学生了解真实的细胞减数分裂过程？进行“观察蝗虫精母细胞减数分裂的固定装片”实验可以说是最好的教学方法了，而事实上绝大多数的学校根本不做此实验。究其原因，表面上看是该实验本身有难度，实物图中染色体的形态和行为不像模式图或示意图那样直观、清晰，识别蝗虫精母细胞减数分裂各时期需要技术;根本上，还是教师脑海中存在着急功近利的意识，追求学生在短期测评中的分数，不能从长远培育学生核心素养的角度去看待。笔者通过组织学生进行“观察蝗虫减数分裂固定装片”的实验，让学生感知实物图与模式图的区别，教会学生在面对实物分裂相的图形时既要抓住减一减二过程中各时期染色体的特征，又要结合细胞数目的变化和被染成深色的染色体数目的变化来综合判断，帮助学生形成认识事物本质的思维能力，激发学生探求真知的兴趣，提升学生动手实验的能力。

4细嚼疑难知识让学生后续相关知识学习成坦途

减数分裂过程中许多知识的学习与前后知识是关联乃至是贯通的。在“减数分裂”一节的教学中，涉及内容多。教师过多地关注一些细节，往往会冲淡主干知识的整体教学，若将这些易混易错的细节知识一带而过，又容易导致重点不突出，不利于学生对知识的深度理解。这需要教学取舍得当，有的放矢。

与减数分裂过程紧密联系的内容主要有：①孟德尔遗传中对分离现象和自由组合现象的现代解释及两大遗传定律的实质都与减数第一次分裂中染色体行为密切相关。②减数第一次分裂过程中同源染色体分离、非同源染色体自由组合产生配子的类型能用数学式来表示。这一表达式在具体试题情境设置中“一个细胞或一种生物体”两种设问中有何差异？③减数第一次分裂过程中发生的染色体之间的两种重组方式与有性生殖过程中两种基因重组方式是一脉相承的。④四分体时同源染色体非姐妹染色单体之间的交叉互换与染色体结构变异中的移接有着本质的区别。对这些疑难知识，教师应该有意识地在这些知识点的教学上有所侧重，注重知识点间的前后联系，站在一个更高的位点上来统揽学科教学。