模型構(gòu)建助力科學(xué)思維發(fā)展
——以“有絲分裂中同位素標(biāo)記分析”為例

呂翠香

（廣東省江門市新會(huì)第一中學(xué) 廣東江門 529100）

生物學(xué)教學(xué)中很多知識(shí)都是在微觀水平上進(jìn)行的，如“有絲分裂中同位素標(biāo)記DNA”的知識(shí)抽象、變化復(fù)雜且題目難度大。不少學(xué)生對(duì)此理解困難，解題耗時(shí)長(zhǎng)且正確率低。筆者借助模型構(gòu)建活動(dòng)將抽象知識(shí)形象地展現(xiàn)出來，引導(dǎo)學(xué)生體驗(yàn)“解決難點(diǎn)—?dú)w納方法—提升能力”的喜悅，在培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維發(fā)展的過程中，激發(fā)學(xué)生樂于解題的欲望。

1 制作模型，激活科學(xué)思維

有絲分裂過程中被同位素標(biāo)記的DNA變化復(fù)雜，只通過教師的講授，學(xué)生很難將其內(nèi)化并加以應(yīng)用。因此，設(shè)法讓學(xué)生的“手動(dòng)起來”是促進(jìn)學(xué)生思考的重要手段，課前制作模型是其中一方面。

課前，教師布置每個(gè)學(xué)生小組準(zhǔn)備如圖1所示的兩種模型若干張（中間未畫DNA鏈）。在課堂活動(dòng)中，學(xué)生可以根據(jù)題目的具體情境進(jìn)行分析，在模型上用紅筆或黑筆畫曲線，來模擬有絲分裂過程染色體中DNA鏈的標(biāo)記情況（紅色代表被同位素標(biāo)記，黑色代表未標(biāo)記）。這樣的活動(dòng)有利于學(xué)生掌握DNA半保留復(fù)制與有絲分裂過程的聯(lián)系。

此模型可以用白紙或軟磁貼等材料進(jìn)行制作，取材方便，制作難度低，工作量小，操作性強(qiáng)。制作模型的過程有利于激發(fā)學(xué)生的發(fā)散思維，把有絲分裂、減數(shù)分裂、基因重組、DNA復(fù)制等知識(shí)與模型聯(lián)系起來，有利于促進(jìn)課堂建模的有效生成。

2 合作建模，發(fā)展科學(xué)思維

2.1 了解學(xué)情，精準(zhǔn)問診

教師首先展示例題，了解學(xué)生學(xué)情：

將某植物根尖細(xì)胞（2n＝4）的DNA分子雙鏈用放射性元素標(biāo)記，然后移入普通培養(yǎng)液中，讓細(xì)胞連續(xù)進(jìn)行有絲分裂。如圖2所示，判斷第二次有絲分裂結(jié)束后，每個(gè)子細(xì)胞中的染色體標(biāo)記情況最可能是（ ）

A.2個(gè)b，2個(gè)c

B.2個(gè)d，2個(gè)e

C.4個(gè)d或4個(gè)e

D.d+e=4個(gè)，但d和e數(shù)目不確定

參考答案：D。

分析：通過例題解答，教師發(fā)現(xiàn)學(xué)生的疑惑點(diǎn)集中出現(xiàn)在“第二次有絲分裂后期”染色體的標(biāo)記情況，因此幫助學(xué)生理解該時(shí)期的變化本質(zhì)是解決此類型題的關(guān)鍵步驟。

2.2 模型構(gòu)建，聚焦難點(diǎn)

課堂建模是讓學(xué)生的“手動(dòng)起來”以促進(jìn)思考的第二方面。在小組建?；顒?dòng)中，學(xué)生能夠理解第一次有絲分裂全過程和第二次有絲分裂前期、中期的染色體標(biāo)記情況，并把結(jié)果準(zhǔn)確記錄在表1中。

表1 建模記錄表

2.3 動(dòng)態(tài)演示，精準(zhǔn)突破

針對(duì)學(xué)生對(duì)第二次有絲分裂后期的理解不夠全面的問題，教師通過演示其“動(dòng)態(tài)變化過程”，幫助學(xué)生逐步理解。為模擬“后期的著絲點(diǎn)分裂，染色單體分開，兩條子染色體移向兩極是隨機(jī)的”動(dòng)態(tài)變化過程，教師把“第二次有絲分裂中期”的染色體制作成活動(dòng)狀態(tài)（圖3），由一個(gè)d和一個(gè)e疊放在一起形成b（實(shí)線代表被同位素標(biāo)記的鏈，虛線代表未被同位素標(biāo)記的鏈），因此該中期細(xì)胞的4個(gè)b是可拆分可移動(dòng)的，為動(dòng)態(tài)演示作好準(zhǔn)備。

學(xué)生首先在黑板上模擬著絲點(diǎn)分裂，染色單體分開，得到4個(gè)d和4個(gè)e的動(dòng)態(tài)過程。接著，學(xué)生模擬染色體“隨機(jī)”移向細(xì)胞兩極，動(dòng)態(tài)演示多種可能性。此時(shí)，通過教師的引導(dǎo)，學(xué)生觀察分析得出：無論怎樣移動(dòng)，后期染色體的總數(shù)都是“（d+e）為8”。最后，根據(jù)“后期移向每一極的染色體”與“子細(xì)胞的染色體”相同的特點(diǎn)，學(xué)生得出：每個(gè)子細(xì)胞中染色體標(biāo)記的情況為“（d+e）為4個(gè)，但d和e數(shù)目不確定”。教師通過建模幫助學(xué)生直觀理解了教學(xué)難點(diǎn)，同時(shí)激發(fā)了學(xué)生參與建模的積極性。

3 歸納方法，提升科學(xué)思維

教師進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生對(duì)典例進(jìn)行分析與歸納，使學(xué)生在面對(duì)類似題目時(shí)能夠做到舉一反三。學(xué)生根據(jù)表2，比較兩次有絲分裂各時(shí)期的染色體情況發(fā)現(xiàn)：間期、前期和中期的染色體標(biāo)記情況是相同的；子細(xì)胞的染色體標(biāo)記情況取決于后期染色體的移動(dòng)情況。因此，無論題目是求第二次還是第三次有絲分裂，無論題目是問哪個(gè)時(shí)期的標(biāo)記情況，準(zhǔn)確判斷“間期”和“后期”是解決此類題目的關(guān)鍵步驟。

表2 兩次有絲分裂各時(shí)期的染色體情況

4 變式訓(xùn)練，提高思維品質(zhì)

變式訓(xùn)練是加強(qiáng)學(xué)生學(xué)以致用能力的重要途徑。教師把以上典例改編為“判斷第三次有絲分裂中期，每個(gè)細(xì)胞中的染色體標(biāo)記情況最可能是________”。學(xué)生從判斷“第三次分裂間期”關(guān)鍵步驟入手（圖4），根據(jù)“第二次有絲分裂結(jié)束后形成的子細(xì)胞情況為（d+e）為4，但d和e數(shù)目不確定”，進(jìn)一步確定“第三次有絲分裂間期的染色體標(biāo)記情況是（b+c）為4，但b和c數(shù)目不確定”。這樣，第三次有絲分裂中期的答案隨之即出，此過程有助于提高學(xué)生的知識(shí)應(yīng)用能力。

有絲分裂中同位素標(biāo)記題目千變?nèi)f化且難度較大，難以做到每次均借助軟磁貼輔助分析。在掌握上述解題方法的前提下，教師要引導(dǎo)學(xué)生在作業(yè)、測(cè)驗(yàn)中多使用畫圖輔助分析，結(jié)合題目具體情境畫出關(guān)鍵時(shí)期的細(xì)胞圖（間期或后期），用紅線和黑線（或“實(shí)線和虛線”）代表標(biāo)記與未標(biāo)記DNA鏈，在不同的情境中熟悉運(yùn)用該解題方法，提高解題速度與正確率。

由上可見，模型構(gòu)建能有效助力科學(xué)思維的發(fā)展，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力、觀察能力與歸納能力，使學(xué)生能夠在合作交流中分析問題并解決問題，掌握必備知識(shí)，提升生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。