貫穿假說(shuō)—演繹，巧用模型建構(gòu)的“細(xì)胞增殖”教學(xué)設(shè)計(jì)

沈露霞 田華

摘要 以“假說(shuō)—演繹法”為主線，整合模型建構(gòu)進(jìn)行教學(xué)，啟發(fā)學(xué)生在“提出問題—建立假設(shè)—演繹推理—修正模型—得出結(jié)論”的過程中，自主構(gòu)建生物學(xué)的大概念和重要概念，將抽象的內(nèi)容具體化，提升學(xué)生的核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞 有絲分裂 假說(shuō)—演繹法 模型建構(gòu) 核心素養(yǎng)

中圖分類號(hào) G633.91????????????? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 B

1 教材分析與設(shè)計(jì)思路

“細(xì)胞通過分裂增殖”是普通高中生物學(xué)2019年浙科版新教材《必修1·分子與細(xì)胞》第四章“細(xì)胞的生命歷程”的第一節(jié)內(nèi)容。該節(jié)內(nèi)容通過“人體是如何從一個(gè)受精卵發(fā)展而來(lái)的”，回顧細(xì)胞學(xué)說(shuō)中魏爾肖提出的“所有的細(xì)胞必定由已存在的細(xì)胞產(chǎn)生”，引出“有絲分裂與減數(shù)分裂是真核生物細(xì)胞分裂的主要類型”。本節(jié)課以“如何解決遺傳物質(zhì)的復(fù)制與均分”的任務(wù)為中心，層層遞進(jìn)，利用假說(shuō)—演繹法，開拓學(xué)生的思維，促進(jìn)學(xué)生勇于質(zhì)疑、不斷修正，通過分析生物學(xué)事實(shí)，從而明確有絲分裂各個(gè)時(shí)期的特點(diǎn)，并制作出有絲分裂過程的模型，化抽象為具象，加深理解。

2 教學(xué)目標(biāo)

（1）通過假說(shuō)—演繹法，在觀察的基礎(chǔ)上提出假設(shè)，再進(jìn)行演繹推理，經(jīng)過討論和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，最后推導(dǎo)出科學(xué)結(jié)論，說(shuō)出有絲分裂的重要行為。

（2）利用透明亞克力球模擬細(xì)胞、細(xì)胞核，用毛線、扭扭棒模擬染色體，構(gòu)建有絲分裂過程模型，提升科學(xué)思維。

（3）在真實(shí)情境中的小組合作探究，提出有絲分裂過程的猜想，培養(yǎng)準(zhǔn)確解釋、解決實(shí)際問題的能力，提升社會(huì)責(zé)任素養(yǎng)。

3 教學(xué)過程

3.1情境導(dǎo)入

教師播放“胚胎形成過程”的視頻，使學(xué)生感受構(gòu)成人體的細(xì)胞的來(lái)源。教師回顧細(xì)胞學(xué)說(shuō)中魏爾肖的論斷，引導(dǎo)學(xué)生說(shuō)出細(xì)胞的來(lái)源，分析遺傳物質(zhì)的數(shù)量，利用圖1引出減數(shù)分裂與有絲分裂的概念。

設(shè)計(jì)意圖：教師播放視頻，引起學(xué)生注意，激發(fā)學(xué)生的興趣，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到胚胎發(fā)育的過程涉及到細(xì)胞的分裂和分化;再呈現(xiàn)減數(shù)分裂與有絲分裂的概念，通過對(duì)比，幫助學(xué)生理解，為學(xué)習(xí)減數(shù)分裂的過程打下基礎(chǔ)。

3.2明確任務(wù)

3.2.1提出與分析細(xì)胞周期的概念

教師引入細(xì)胞周期的概念，并設(shè)置兩組常見細(xì)胞（一組為高度分化的細(xì)胞，包括紅細(xì)胞、白細(xì)胞、肌肉細(xì)胞、皮膚細(xì)胞、神經(jīng)細(xì)胞;另一組為連續(xù)分裂的細(xì)胞，包括受精卵、根尖分生區(qū)細(xì)胞、各種干細(xì)胞、癌細(xì)胞），促進(jìn)學(xué)生對(duì)細(xì)胞周期的理解，并要求學(xué)生判斷這些細(xì)胞是否具有細(xì)胞周期。學(xué)生比較后，明確“并不是所有的細(xì)胞都有細(xì)胞周期，連續(xù)分裂的細(xì)胞才有細(xì)胞周期”。教師追問：不同種類細(xì)胞的細(xì)胞周期持續(xù)時(shí)間是否相同？并展示不同類型細(xì)胞的細(xì)胞周期時(shí)間，引導(dǎo)學(xué)生得出結(jié)論：不同種類細(xì)胞的細(xì)胞周期時(shí)間不同。

設(shè)計(jì)意圖：教師以常見的細(xì)胞為例，引導(dǎo)學(xué)生思考“連續(xù)分裂”的意義，使學(xué)生理解：細(xì)胞周期是從一次分裂結(jié)束為起點(diǎn)，到下一次分裂結(jié)束為終點(diǎn)。

3.2.2明確細(xì)胞周期中需要完成的兩大任務(wù)

教師展示有絲分裂示意圖（圖2），引導(dǎo)學(xué)生從遺傳物質(zhì)的角度，思考細(xì)胞分裂前的準(zhǔn)備工作，即對(duì)遺傳物質(zhì)進(jìn)行復(fù)制，從而引出分裂間期與分裂期的概念。

教師引導(dǎo)學(xué)生復(fù)習(xí)染色體的成分及其與染色質(zhì)的關(guān)系，使學(xué)生明確DNA 是遺傳物質(zhì)。教師提問：若圖2所示的起始細(xì)胞中核DNA 的含量為m，經(jīng)過一次有絲分裂后，產(chǎn)生每個(gè)細(xì)胞中的核 DNA 的含量為m。這兩個(gè)細(xì)胞繼續(xù)進(jìn)行有絲分裂，產(chǎn)生的四個(gè)細(xì)胞中的核 DNA 的含量仍為m 。如何才能出現(xiàn)這個(gè)結(jié)果？在學(xué)生分析、討論后，教師指出：遺傳物質(zhì)的復(fù)制就是 DNA 的復(fù)制，即染色體（質(zhì)）的復(fù)制。并引導(dǎo)學(xué)生說(shuō)出完整的細(xì)胞周期中需要完成兩個(gè)主要任務(wù)：①完成遺傳物質(zhì)的復(fù)制;②將復(fù)制完成的遺傳物質(zhì)精確均分到兩個(gè)子細(xì)胞中。教師追問：細(xì)胞如何能確保順利完成這兩個(gè)任務(wù)？

設(shè)計(jì)意圖：教師引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建有絲分裂全過程的整體觀，突出過程重點(diǎn)，驅(qū)動(dòng)學(xué)生積極思考，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到“直接進(jìn)行分裂，不進(jìn)行復(fù)制”的想法是錯(cuò)誤的，激發(fā)學(xué)生的求知欲，訓(xùn)練學(xué)生的科學(xué)思維。

3.2.3建構(gòu)染色體復(fù)制的模型

教師提出問題：核DNA如何復(fù)制？教師請(qǐng)學(xué)生闡述對(duì)“復(fù)制”一詞的理解，并總結(jié)學(xué)生發(fā)言，用模型的方式展示學(xué)生的假說(shuō)（圖3）：用毛線代替染色質(zhì)模擬復(fù)制過程，即將顏色兩兩相同的毛線混合在一起。教師指出“若要快速將其均分，相對(duì)困難”，提出圖3的復(fù)制模型二，并追問：為了實(shí)現(xiàn)復(fù)制后遺傳物質(zhì)能夠精確均分，更符合哪種模型？學(xué)生思考、得出：若以模型二的形式復(fù)制，有利于后續(xù)的均分。

設(shè)計(jì)意圖：教師引導(dǎo)學(xué)生針對(duì)以上兩種模型的不同點(diǎn)進(jìn)行比較，結(jié)合生活經(jīng)驗(yàn)與一般邏輯進(jìn)行分析，培養(yǎng)學(xué)生的推理能力。

3.2.4利用假說(shuō)—演繹法，建構(gòu)有絲分裂過程的模型

教師提出問題：復(fù)制完成后，染色質(zhì)的狀態(tài)是否變化？教師自備毛線團(tuán)以模擬染色質(zhì)的復(fù)制過程（圖4），并強(qiáng)調(diào)染色質(zhì)是細(xì)絲狀的，引導(dǎo)學(xué)生得出結(jié)論：以染色質(zhì)的狀態(tài)，即使采用復(fù)制模型二的方式進(jìn)行復(fù)制，仍然無(wú)法順利完成精確均分。

教師引導(dǎo)學(xué)生思考討論：既然染色質(zhì)顯得雜亂無(wú)章，不利于均分，所以在分裂過程中染色質(zhì)是否需要變化狀態(tài)呢？教師再次展示教具扭扭棒，引導(dǎo)學(xué)生比較扭扭棒與毛線團(tuán)的質(zhì)感。學(xué)生發(fā)現(xiàn)用扭扭棒更加適合用于模擬染色質(zhì)高度螺旋后形成的短桿狀的染色體（圖5），從而得出染色質(zhì)到染色體的轉(zhuǎn)變更有利于遺傳物質(zhì)的精確均分。據(jù)此，教師引導(dǎo)學(xué)生建立假說(shuō)。

教師事先制作植物細(xì)胞有絲分裂裝片。學(xué)生觀察、分析植物根尖分生區(qū)細(xì)胞的裝片視野，并開展2個(gè)活動(dòng)，用事實(shí)證據(jù)驗(yàn)證假說(shuō)。

活動(dòng)①嘗試對(duì)顯微攝影圖進(jìn)行排序并對(duì)結(jié)果進(jìn)行相互評(píng)價(jià)：教師事先打印好4張顯微攝影圖，每小組一份。學(xué)生每四人為一組，對(duì)顯微攝影圖按照所示過程的時(shí)間進(jìn)行排序并展示，說(shuō)明排序的理由。各小組相互評(píng)價(jià)，全班討論、得出四張圖片的正確順序。教師從而引出有絲分裂的前期、中期、后期、末期。

活動(dòng)②嘗試建構(gòu)有絲分裂過程的模型并對(duì)結(jié)果進(jìn)行相互評(píng)價(jià)：學(xué)生利用教師提供的扭扭棒，根據(jù)顯微照片和之前的模型，再次修正和建構(gòu)有絲分裂的全過程，根據(jù)染色體的行為，在白板上擺出前期、中期、后期和末期各時(shí)期的模型。

學(xué)生在這兩個(gè)活動(dòng)中，發(fā)揮主觀能動(dòng)性與積極思考能力，最終驗(yàn)證了以上所有的假設(shè)與猜想。同時(shí)，教師利用動(dòng)畫課件，模擬展示有絲分裂整個(gè)動(dòng)態(tài)的過程，將靜態(tài)的圖轉(zhuǎn)化為動(dòng)態(tài)，促進(jìn)學(xué)生理解有絲分裂的連續(xù)過程。

設(shè)計(jì)意圖：學(xué)生根據(jù)自己的生活經(jīng)驗(yàn)與邏輯推理，在排序過程中對(duì)有絲分裂過程形成整體的認(rèn)識(shí)，明確染色體的行為。教師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行推理性的思考，逐步構(gòu)建有絲分裂的過程。學(xué)生在明確有絲分裂過程的基礎(chǔ)上，將自己構(gòu)建的模型與書本插圖作比較，進(jìn)一步證實(shí)了自己思路的準(zhǔn)確性。

3.3歸納小結(jié)

學(xué)生嘗試說(shuō)出有絲分裂的具體過程并歸納有絲分裂的意義。教師引導(dǎo)學(xué)生思考：有絲分裂的染色體復(fù)制發(fā)生在什么時(shí)期？實(shí)現(xiàn)遺傳物質(zhì)的均分是哪個(gè)時(shí)期？染色體數(shù)量如何變化？核 DNA 數(shù)量如何變化？并要求學(xué)生完成表1。

學(xué)生討論、分析，得出：有絲分裂的重要意義是將親代細(xì)胞的染色體經(jīng)過復(fù)制后，精確平均分配到兩個(gè)子細(xì)胞中，其中染色體有序的移動(dòng)行為確保了均分，從而保證了遺傳性狀的穩(wěn)定性。

設(shè)計(jì)意圖：學(xué)生在教師的引導(dǎo)下，根據(jù)假說(shuō)—演繹法和自制的模型對(duì)細(xì)胞周期的概念、有絲分裂的過程有了全面的理解和掌握，從直觀認(rèn)知上升到科學(xué)概念，培養(yǎng)了科學(xué)思維。

4 教學(xué)反思

教師以假說(shuō)—演繹法為主線，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)有絲分裂這種抽象的生命現(xiàn)象進(jìn)行假設(shè)并推理演繹，結(jié)合實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，對(duì)假設(shè)和模型進(jìn)行修正，最終得出正確的結(jié)論。

學(xué)生以小組合作形式，利用生活中常見的材料建構(gòu)模型，將抽象的有絲分裂過程化為具體的可操作可思考的過程。建模過程有助于提高學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性與積極性，有助于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維，同時(shí)也體現(xiàn)以學(xué)生為主導(dǎo)的課堂教學(xué)形式，啟發(fā)學(xué)生結(jié)合科學(xué)論據(jù)與實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，制作模型并修正，培養(yǎng)學(xué)生敢于質(zhì)疑的態(tài)度及批判性思維，從本質(zhì)上發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維素養(yǎng)。