物理模型在细胞增殖教学中的应用研究

摘 要：物理模型的应用在中学生物教学中已经十分广泛和深入，它在传统教学模式的基础上，进一步提高了学生的科学素养和科学探究能力。对高中生物教学和培养学生学习兴趣都有一定的促进作用。文章分析了高中生物教材中《细胞的增殖》一节中运用构建模型来引导学生在一定的情景中通过自己动脑和动手来构建相关模型，从而将单一的理论概念转换成具体的模型，课堂教学效果明显。

关键词：物理模型;细胞的增殖;有效性教学

一、 理论依据

物理模型可以利用生活中常用到的材料来制作模型，如彩色纸，橡皮泥，扭扭棒等把原有真实的生物结构部分按比例缩小或放大制成模型呈现在观众面前，使其外在形态和表达的概念基本和实物相同。构建模型的教学思维模式其运用已经十分广泛，现代的课堂教学除了传授课本的科学知识和基本技能外，还要注重培养学生的探究能力和创新思维能力的培养，这也符合新时代培养生物科学素养人才和新高考的要求。而模型在制作过程中会将非常庞大或者极其微小生物结构以三维模型的结构制作展示，让学生更好地理解微观知识和三维结构，提高空间想象能力。最显著的特点是先将难以直接观察的结构或过程简化，直观清晰的摆放在学生面前。高中生物物理模型中教学过程中增强了学生的直观感、兴趣感，其中如：真核细胞的细胞器结构模型、生物膜的流动镶嵌模型、有丝分裂和减数分裂染色体模型、DNA双螺旋结构模型等都被广泛应用于生物教学中，并且取得了很好的教学效果。

二、 生物教学中进行模型建构教学研究的必要性

笔者从事高中生物教育教学工作多年，在教学中发现高中生思维活跃、动手能力强，我们可以在传统的灌输式教学模式课堂的基础上，充分利用现代科学技术和手段来拓展延伸课本的内容，从而来充实课堂教学效果。而生物实践课是学生最喜欢和积极参与的教学环节之一，在教学中凡是学生动手参与的课堂都是活跃的。运用物理模型来讲述生物结构的过程，学生上课参与度极高，整堂课洋溢着对知识的渴求和激烈的讨论氛围。

三、 模型建构在《细胞的增殖》中的具体应用策略

就《细胞的增殖》而言，染色体、DNA、姐妹染色单体等是本章的基本概念，但这些概念既抽象又容易混淆，常用的教学模式一般在黑板上画出细胞周期各个时期染色体的变化示意图，然后通过多媒体播放其动态变化过程，学生通过聆听和观察来完成对染色体数量变化、形态、位置的认知，也就是处于一个被动式的教学模式，而物理模型的构建充分发挥学生学习的主观能动性，通过课前预习、准备材料、采用逆向思维模式培养学生的自主学习能力，同时通过“情境模拟”让复杂抽象的问题简单化和具体化，变被动教学为主动学习，大大提高了学生的参与积极性，而且通过模型的制作和模型摆放，让学生感觉到细胞分裂过程的动态性和连续性，培养了学生的探究能力和创新思维能力，且课后学生对知识的理解和掌握程度远比没有运用物理模型的班级效果显著提高，深受学生欢迎。笔者将生物必修一《细胞的增殖》第二课时“有丝分裂”这一节的内容，结合多媒体教学，同时运用模型建构的方法来演示染色体的各个时期变化规律，请同仁们共同学习和探讨。

（一）教材分析

《细胞的增殖》这一节的内容是《细胞的生命历程》的开篇部分，学生必须掌握的内容涵盖了细胞不能无限长大的原因、细胞周期的概念、细胞的增殖具体过程以及意义等。而《细胞的增殖》的内容也是历年来学生在学习过程中的一个难点和重点，如何让学生从宏观到微观平稳过渡，如何在以后学习减数分裂、DNA复制和孟德尔定律中驾轻就熟，这一节的内容至关重要，我们要多层次、多角度的讲述和学习有丝分裂整个周期变化过程中形态、结构、数量的变化规律，为以后的遗传学打好坚实的基础。

（二）教具准备

用红色和绿色扭扭棒扭成两对大小不同的染色体，其中一对染色体一条红色一条绿色，分别代表来自父方和母方，同时准备一张白纸，将细胞周期的各个时期在纸上呈现出来。

（三）教学过程

学情分析：上节课学生已经学习了“细胞不能无限长大”的原因、细胞分裂方式和细胞周期的概念，本节课重点讲述有丝分裂中染色体行为、数量、位置的变化。让学生课前查阅相关资料并结合教材，以高等植物有丝分裂为例，展示其染色体变化过程。

1. 同学们在课前预习教材和准备模型材料，课上分小组展示有丝分裂染色体变化。

首先让学生了解到有丝分裂是一个连续的过程，人为将细胞周期分为分裂间期和分裂期，其中分裂期又分为前期、中期、后期、末期4个时期，并且对各个时期的特点有个初步的认识。

2. 我们可以先利用多媒体播放《植物细胞有丝分裂的过程》，通过动画的形式让学生观察和思考染色体的动态变化，提升学生讨论的兴趣和共鸣。然后分小组结合教材讨论和分析各个时期的染色体数量、形态、位置变化规律。同时也在白纸上用事先准备的材料摆放出染色体。

3. 学生演示模型建构

以高等植物根尖分生區细胞有丝分裂为例，在白纸上用扭扭棒演示其染色体变化过程（部分同学以高等动物为例）：

间期：以两对同源染色体为例，用红色长棒和绿色长棒代表一对染色体，另一对用短棒。红色和绿色分别代表父方和母方，染色体仍呈现丝状，位置随机，其他部分用笔勾画。

前期：扭扭棒在棍上缠绕体现染色体缩短变粗的状态。注意染色体的位置随机，不用配对摆放，这里可以对其原因稍作解释，为减数分裂埋下伏笔。

中期：学生在摆放扭扭棒的大小和颜色时随机，注意着丝点在一个平面即可。

后期：这个时期的特点学生很难理解，是考查的重点和难点。在摆放模型时，首先，要特别注意染色体的大小、颜色要与中期摆放匹配，不能随机排列。其次，要注意着丝点的位置由纺锤丝牵引，所以着丝点靠近细胞两极，扭扭棒的两臂朝向赤道板中央。最后，赤道两侧是对称的，如上面是红短棒，下面是其姐妹染色单体的另一条，而不是其同源染色体。这些都是学生在制作过程中容易出现的错误。

末期：把扭扭棒的螺旋打开，染色体呈现丝状，形成两个子细胞。但有的学生误认为染色体仍处于复制的状态，这里也是笔者任教多年发现学生总是出现的误区。（如图1所示）

（四）用模型来演示染色体、姐妹染色单体和DNA的关系

用扭扭棒制作染色体的形态和染色体复制的形态（如图2所示），让学生分小组演示它们复制的过程，并完成下表。

有句话说得好“眼过千变，不如手动一遍”，通过亲身体会、操作演示和小组讨论，学生能清晰地理解和掌握三者的关系，而这一知识点也是学生容易混淆。同时也是高考考查的重点，课后再通过变式训练，学生能更好的掌握三者在细胞周期中的变化曲线图和柱状图等。

四、 教学反思

有丝分裂的过程展现了染色体的变化之美，它是微妙而神奇的。网上也有许多精美的动画来播放整个过程，但笔者发现只有亲自以图画或物理模型来构建整个过程，同时把每一步过程清晰的演示出来，才能让学生真正感悟其生命的奥妙。本节课学生通过模型实物演示的过程，很快理解并掌握有丝分裂各时期的特征，同时也能初步明白有丝分裂过程的实质和意义，不再像以前那样似懂非懂的死记硬背，大大提高了课堂的上课效率。

当然，模型的构建过程实际上是一个长期和艰巨的任务，在教学过程中，课堂上运用物理模型能让学生积极参与和思考，增强学生的科学探究能力和创新思维能力。但在实际教学中也不能过度应用和依赖物理模型，因为它的前期准备、课堂操作和课后总结要花费学生大量的课余时间，高中阶段学习压力和时间都很紧张，教师要达到的效果是教会学生这种学习和探究的模式，俗话说“授之以鱼，不如授之以渔”，我们要培养学生构建物理模型的能力和学习方法的提升。相信这才是教育的真谛所在。

五、 物理模型的研究意义

（一）提高学生生物学的学习效率和学习兴趣

凡是有互动的课堂都能激发学生的学习热情和营造良好的学习氛围，在生物课堂的学习过程中运用生物物理模型能大大激发学生的学习主动性和创造性。学生通过动手、动脑、动笔来展示对抽象概念的理解，使课堂学习气氛变得轻松和愉快。据心理学研究表明，大脑对实物如动画、模型等具有更强的吸引力和关注度，而对纯理论文字和说教容易忽视和麻痹。所以新课程改革我们要多融入新的教学理念和创新观念，打破传统的教学说教模式，使学习变得快乐而轻松。学习本身是能给人带来精神世界的快乐和满足，而学习的过程和传授知识的方法途径是值得我们深思和研究的。

（二）实现学生自主、合作学习方式

教育的目的不是让学生死记硬背书本上的知识，应付考试并取得高分。而更重要的是培养学生的思维能力、创新能力和综合素养。在傳统的授课方式基础上，教师更应该利用课堂，创新性的使用教材，设计适合学生自主建构的教学模式，引导学生主动思考和探索，让学生在模型建构的过程中实现自主学习和合作学习。

参考文献：

[1]赵占良.人教版高中生物课标教材中的科学方法体系[J].中学生物教学，2007（3）.

[2]于梅.在新课标实施中切实加强模型方法的教育[J].中学生物教学，2007（3）.

作者简介：尹青女，广东省阳春市，阳春市第一中学。