物理模型在細(xì)胞增殖教學(xué)中的應(yīng)用研究

摘 要：物理模型的應(yīng)用在中學(xué)生物教學(xué)中已經(jīng)十分廣泛和深入，它在傳統(tǒng)教學(xué)模式的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提高了學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和科學(xué)探究能力。對(duì)高中生物教學(xué)和培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣都有一定的促進(jìn)作用。文章分析了高中生物教材中《細(xì)胞的增殖》一節(jié)中運(yùn)用構(gòu)建模型來引導(dǎo)學(xué)生在一定的情景中通過自己動(dòng)腦和動(dòng)手來構(gòu)建相關(guān)模型，從而將單一的理論概念轉(zhuǎn)換成具體的模型，課堂教學(xué)效果明顯。

關(guān)鍵詞：物理模型;細(xì)胞的增殖;有效性教學(xué)

一、 理論依據(jù)

物理模型可以利用生活中常用到的材料來制作模型，如彩色紙，橡皮泥，扭扭棒等把原有真實(shí)的生物結(jié)構(gòu)部分按比例縮小或放大制成模型呈現(xiàn)在觀眾面前，使其外在形態(tài)和表達(dá)的概念基本和實(shí)物相同。構(gòu)建模型的教學(xué)思維模式其運(yùn)用已經(jīng)十分廣泛，現(xiàn)代的課堂教學(xué)除了傳授課本的科學(xué)知識(shí)和基本技能外，還要注重培養(yǎng)學(xué)生的探究能力和創(chuàng)新思維能力的培養(yǎng)，這也符合新時(shí)代培養(yǎng)生物科學(xué)素養(yǎng)人才和新高考的要求。而模型在制作過程中會(huì)將非常龐大或者極其微小生物結(jié)構(gòu)以三維模型的結(jié)構(gòu)制作展示，讓學(xué)生更好地理解微觀知識(shí)和三維結(jié)構(gòu)，提高空間想象能力。最顯著的特點(diǎn)是先將難以直接觀察的結(jié)構(gòu)或過程簡(jiǎn)化，直觀清晰的擺放在學(xué)生面前。高中生物物理模型中教學(xué)過程中增強(qiáng)了學(xué)生的直觀感、興趣感，其中如：真核細(xì)胞的細(xì)胞器結(jié)構(gòu)模型、生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型、有絲分裂和減數(shù)分裂染色體模型、DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型等都被廣泛應(yīng)用于生物教學(xué)中，并且取得了很好的教學(xué)效果。

二、 生物教學(xué)中進(jìn)行模型建構(gòu)教學(xué)研究的必要性

筆者從事高中生物教育教學(xué)工作多年，在教學(xué)中發(fā)現(xiàn)高中生思維活躍、動(dòng)手能力強(qiáng)，我們可以在傳統(tǒng)的灌輸式教學(xué)模式課堂的基礎(chǔ)上，充分利用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和手段來拓展延伸課本的內(nèi)容，從而來充實(shí)課堂教學(xué)效果。而生物實(shí)踐課是學(xué)生最喜歡和積極參與的教學(xué)環(huán)節(jié)之一，在教學(xué)中凡是學(xué)生動(dòng)手參與的課堂都是活躍的。運(yùn)用物理模型來講述生物結(jié)構(gòu)的過程，學(xué)生上課參與度極高，整堂課洋溢著對(duì)知識(shí)的渴求和激烈的討論氛圍。

三、 模型建構(gòu)在《細(xì)胞的增殖》中的具體應(yīng)用策略

就《細(xì)胞的增殖》而言，染色體、DNA、姐妹染色單體等是本章的基本概念，但這些概念既抽象又容易混淆，常用的教學(xué)模式一般在黑板上畫出細(xì)胞周期各個(gè)時(shí)期染色體的變化示意圖，然后通過多媒體播放其動(dòng)態(tài)變化過程，學(xué)生通過聆聽和觀察來完成對(duì)染色體數(shù)量變化、形態(tài)、位置的認(rèn)知，也就是處于一個(gè)被動(dòng)式的教學(xué)模式，而物理模型的構(gòu)建充分發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性，通過課前預(yù)習(xí)、準(zhǔn)備材料、采用逆向思維模式培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，同時(shí)通過“情境模擬”讓復(fù)雜抽象的問題簡(jiǎn)單化和具體化，變被動(dòng)教學(xué)為主動(dòng)學(xué)習(xí)，大大提高了學(xué)生的參與積極性，而且通過模型的制作和模型擺放，讓學(xué)生感覺到細(xì)胞分裂過程的動(dòng)態(tài)性和連續(xù)性，培養(yǎng)了學(xué)生的探究能力和創(chuàng)新思維能力，且課后學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解和掌握程度遠(yuǎn)比沒有運(yùn)用物理模型的班級(jí)效果顯著提高，深受學(xué)生歡迎。筆者將生物必修一《細(xì)胞的增殖》第二課時(shí)“有絲分裂”這一節(jié)的內(nèi)容，結(jié)合多媒體教學(xué)，同時(shí)運(yùn)用模型建構(gòu)的方法來演示染色體的各個(gè)時(shí)期變化規(guī)律，請(qǐng)同仁們共同學(xué)習(xí)和探討。

（一）教材分析

《細(xì)胞的增殖》這一節(jié)的內(nèi)容是《細(xì)胞的生命歷程》的開篇部分，學(xué)生必須掌握的內(nèi)容涵蓋了細(xì)胞不能無限長(zhǎng)大的原因、細(xì)胞周期的概念、細(xì)胞的增殖具體過程以及意義等。而《細(xì)胞的增殖》的內(nèi)容也是歷年來學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的一個(gè)難點(diǎn)和重點(diǎn)，如何讓學(xué)生從宏觀到微觀平穩(wěn)過渡，如何在以后學(xué)習(xí)減數(shù)分裂、DNA復(fù)制和孟德爾定律中駕輕就熟，這一節(jié)的內(nèi)容至關(guān)重要，我們要多層次、多角度的講述和學(xué)習(xí)有絲分裂整個(gè)周期變化過程中形態(tài)、結(jié)構(gòu)、數(shù)量的變化規(guī)律，為以后的遺傳學(xué)打好堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

（二）教具準(zhǔn)備

用紅色和綠色扭扭棒扭成兩對(duì)大小不同的染色體，其中一對(duì)染色體一條紅色一條綠色，分別代表來自父方和母方，同時(shí)準(zhǔn)備一張白紙，將細(xì)胞周期的各個(gè)時(shí)期在紙上呈現(xiàn)出來。

（三）教學(xué)過程

學(xué)情分析：上節(jié)課學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了“細(xì)胞不能無限長(zhǎng)大”的原因、細(xì)胞分裂方式和細(xì)胞周期的概念，本節(jié)課重點(diǎn)講述有絲分裂中染色體行為、數(shù)量、位置的變化。讓學(xué)生課前查閱相關(guān)資料并結(jié)合教材，以高等植物有絲分裂為例，展示其染色體變化過程。

1. 同學(xué)們?cè)谡n前預(yù)習(xí)教材和準(zhǔn)備模型材料，課上分小組展示有絲分裂染色體變化。

首先讓學(xué)生了解到有絲分裂是一個(gè)連續(xù)的過程，人為將細(xì)胞周期分為分裂間期和分裂期，其中分裂期又分為前期、中期、后期、末期4個(gè)時(shí)期，并且對(duì)各個(gè)時(shí)期的特點(diǎn)有個(gè)初步的認(rèn)識(shí)。

2. 我們可以先利用多媒體播放《植物細(xì)胞有絲分裂的過程》，通過動(dòng)畫的形式讓學(xué)生觀察和思考染色體的動(dòng)態(tài)變化，提升學(xué)生討論的興趣和共鳴。然后分小組結(jié)合教材討論和分析各個(gè)時(shí)期的染色體數(shù)量、形態(tài)、位置變化規(guī)律。同時(shí)也在白紙上用事先準(zhǔn)備的材料擺放出染色體。

3. 學(xué)生演示模型建構(gòu)

以高等植物根尖分生區(qū)細(xì)胞有絲分裂為例，在白紙上用扭扭棒演示其染色體變化過程（部分同學(xué)以高等動(dòng)物為例）：

間期：以兩對(duì)同源染色體為例，用紅色長(zhǎng)棒和綠色長(zhǎng)棒代表一對(duì)染色體，另一對(duì)用短棒。紅色和綠色分別代表父方和母方，染色體仍呈現(xiàn)絲狀，位置隨機(jī)，其他部分用筆勾畫。

前期：扭扭棒在棍上纏繞體現(xiàn)染色體縮短變粗的狀態(tài)。注意染色體的位置隨機(jī)，不用配對(duì)擺放，這里可以對(duì)其原因稍作解釋，為減數(shù)分裂埋下伏筆。

中期：學(xué)生在擺放扭扭棒的大小和顏色時(shí)隨機(jī)，注意著絲點(diǎn)在一個(gè)平面即可。

后期：這個(gè)時(shí)期的特點(diǎn)學(xué)生很難理解，是考查的重點(diǎn)和難點(diǎn)。在擺放模型時(shí)，首先，要特別注意染色體的大小、顏色要與中期擺放匹配，不能隨機(jī)排列。其次，要注意著絲點(diǎn)的位置由紡錘絲牽引，所以著絲點(diǎn)靠近細(xì)胞兩極，扭扭棒的兩臂朝向赤道板中央。最后，赤道兩側(cè)是對(duì)稱的，如上面是紅短棒，下面是其姐妹染色單體的另一條，而不是其同源染色體。這些都是學(xué)生在制作過程中容易出現(xiàn)的錯(cuò)誤。

末期：把扭扭棒的螺旋打開，染色體呈現(xiàn)絲狀，形成兩個(gè)子細(xì)胞。但有的學(xué)生誤認(rèn)為染色體仍處于復(fù)制的狀態(tài)，這里也是筆者任教多年發(fā)現(xiàn)學(xué)生總是出現(xiàn)的誤區(qū)。（如圖1所示）

（四）用模型來演示染色體、姐妹染色單體和DNA的關(guān)系

用扭扭棒制作染色體的形態(tài)和染色體復(fù)制的形態(tài)（如圖2所示），讓學(xué)生分小組演示它們復(fù)制的過程，并完成下表。

有句話說得好“眼過千變，不如手動(dòng)一遍”，通過親身體會(huì)、操作演示和小組討論，學(xué)生能清晰地理解和掌握三者的關(guān)系，而這一知識(shí)點(diǎn)也是學(xué)生容易混淆。同時(shí)也是高考考查的重點(diǎn)，課后再通過變式訓(xùn)練，學(xué)生能更好的掌握三者在細(xì)胞周期中的變化曲線圖和柱狀圖等。

四、 教學(xué)反思

有絲分裂的過程展現(xiàn)了染色體的變化之美，它是微妙而神奇的。網(wǎng)上也有許多精美的動(dòng)畫來播放整個(gè)過程，但筆者發(fā)現(xiàn)只有親自以圖畫或物理模型來構(gòu)建整個(gè)過程，同時(shí)把每一步過程清晰的演示出來，才能讓學(xué)生真正感悟其生命的奧妙。本節(jié)課學(xué)生通過模型實(shí)物演示的過程，很快理解并掌握有絲分裂各時(shí)期的特征，同時(shí)也能初步明白有絲分裂過程的實(shí)質(zhì)和意義，不再像以前那樣似懂非懂的死記硬背，大大提高了課堂的上課效率。

當(dāng)然，模型的構(gòu)建過程實(shí)際上是一個(gè)長(zhǎng)期和艱巨的任務(wù)，在教學(xué)過程中，課堂上運(yùn)用物理模型能讓學(xué)生積極參與和思考，增強(qiáng)學(xué)生的科學(xué)探究能力和創(chuàng)新思維能力。但在實(shí)際教學(xué)中也不能過度應(yīng)用和依賴物理模型，因?yàn)樗那捌跍?zhǔn)備、課堂操作和課后總結(jié)要花費(fèi)學(xué)生大量的課余時(shí)間，高中階段學(xué)習(xí)壓力和時(shí)間都很緊張，教師要達(dá)到的效果是教會(huì)學(xué)生這種學(xué)習(xí)和探究的模式，俗話說“授之以魚，不如授之以漁”，我們要培養(yǎng)學(xué)生構(gòu)建物理模型的能力和學(xué)習(xí)方法的提升。相信這才是教育的真諦所在。

五、 物理模型的研究意義

（一）提高學(xué)生生物學(xué)的學(xué)習(xí)效率和學(xué)習(xí)興趣

凡是有互動(dòng)的課堂都能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和營(yíng)造良好的學(xué)習(xí)氛圍，在生物課堂的學(xué)習(xí)過程中運(yùn)用生物物理模型能大大激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性和創(chuàng)造性。學(xué)生通過動(dòng)手、動(dòng)腦、動(dòng)筆來展示對(duì)抽象概念的理解，使課堂學(xué)習(xí)氣氛變得輕松和愉快。據(jù)心理學(xué)研究表明，大腦對(duì)實(shí)物如動(dòng)畫、模型等具有更強(qiáng)的吸引力和關(guān)注度，而對(duì)純理論文字和說教容易忽視和麻痹。所以新課程改革我們要多融入新的教學(xué)理念和創(chuàng)新觀念，打破傳統(tǒng)的教學(xué)說教模式，使學(xué)習(xí)變得快樂而輕松。學(xué)習(xí)本身是能給人帶來精神世界的快樂和滿足，而學(xué)習(xí)的過程和傳授知識(shí)的方法途徑是值得我們深思和研究的。

（二）實(shí)現(xiàn)學(xué)生自主、合作學(xué)習(xí)方式

教育的目的不是讓學(xué)生死記硬背書本上的知識(shí)，應(yīng)付考試并取得高分。而更重要的是培養(yǎng)學(xué)生的思維能力、創(chuàng)新能力和綜合素養(yǎng)。在傳統(tǒng)的授課方式基礎(chǔ)上，教師更應(yīng)該利用課堂，創(chuàng)新性的使用教材，設(shè)計(jì)適合學(xué)生自主建構(gòu)的教學(xué)模式，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)思考和探索，讓學(xué)生在模型建構(gòu)的過程中實(shí)現(xiàn)自主學(xué)習(xí)和合作學(xué)習(xí)。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：尹青女，廣東省陽春市，陽春市第一中學(xué)。