利用科學(xué)史和模型相結(jié)合進(jìn)行“有絲分裂”一課的教學(xué)

呂 琳

(北京市第八十中學(xué) 100102)

1 教材分析與設(shè)計(jì)思路

本節(jié)課是人教版高中生物必修1第6章第1節(jié)《細(xì)胞的增殖》第1課時(shí)內(nèi)容。細(xì)胞分裂的三種方式中，有絲分裂是學(xué)習(xí)必修2減數(shù)分裂的基礎(chǔ)，而減數(shù)分裂又是學(xué)習(xí)遺傳變異的基礎(chǔ)。所以，有絲分裂是《細(xì)胞的增殖》一節(jié)的重點(diǎn)內(nèi)容，而染色體形態(tài)、數(shù)目和位置的變化規(guī)律又是理解有絲分裂過程的重難點(diǎn)。

筆者在“有絲分裂”這一節(jié)的概念教學(xué)中，利用科學(xué)史和暗箱分襪子的活動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生推測有絲分裂的過程；小組分工合作利用模型構(gòu)建出有絲分裂過程中染色體的行為和數(shù)目變化，展示、互評、討論、修正模型。根據(jù)模式圖和顯微照片進(jìn)行排序，再次確認(rèn)和修正模型，并描述各時(shí)期的特征。最后，結(jié)合所給資料，利用所學(xué)知識解決實(shí)際問題。

2 教學(xué)目標(biāo)

依據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)并圍繞培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的要求制訂了如下教學(xué)目標(biāo)：

(1) 通過對有絲分裂過程進(jìn)行識圖、排序，根據(jù)模式圖對有絲分裂過程進(jìn)行簡單描述，概述有絲分裂的特征和意義。

(2) 通過資料分析及討論，對有絲分裂各期的變化進(jìn)行合理的解釋；小組合作，據(jù)所給資料，利用模型模擬推測有絲分裂過程中染色體的變化。對自己構(gòu)建的有絲分裂各期染色體模型進(jìn)行合理的修正。

(3) 體會(huì)科學(xué)研究的過程是一個(gè)繼承發(fā)展的過程，科學(xué)家的偉大和科學(xué)研究道路的艱辛與漫長；運(yùn)用有絲分裂相關(guān)知識，解釋或解決生活中的相關(guān)問題。

3 教學(xué)過程

3.1 知識回顧，導(dǎo)入新課 學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了真核細(xì)胞亞顯微結(jié)構(gòu)的相關(guān)知識，對DNA和染色(質(zhì))體的關(guān)系有一定了解，在新課學(xué)習(xí)之前通過細(xì)胞結(jié)構(gòu)圖復(fù)習(xí)植物細(xì)胞的結(jié)構(gòu)，主要回顧細(xì)胞核的結(jié)構(gòu)。回憶細(xì)胞學(xué)說的內(nèi)容，知道細(xì)胞通過分裂產(chǎn)生子細(xì)胞，從而為學(xué)習(xí)本節(jié)課做出鋪墊。

設(shè)計(jì)意圖： 通過真核細(xì)胞亞顯微結(jié)構(gòu)的相關(guān)知識與細(xì)胞學(xué)說內(nèi)容的回顧，為新課學(xué)習(xí)做好鋪墊。

3.2 利用科學(xué)史和暗箱分襪子活動(dòng)推測有絲分裂過程 提供資料： 1841年，波蘭科學(xué)家里麥克記載了雞幼胚有核紅血細(xì)胞分裂成為2個(gè)帶核子細(xì)胞的全過程。1842年，瑞士科學(xué)家內(nèi)格里在著作中寫到，百合和紫露草細(xì)胞核在分裂過程中被一群很微小、生存時(shí)間很短的微結(jié)構(gòu)所替代。1848年，霍夫曼斯特研究紫露草小孢子母細(xì)胞及雄蕊頂端組織細(xì)胞核分裂過程，他用染色的方法證實(shí)了內(nèi)格里著作中所說的微結(jié)構(gòu)(后來被命名為染色體)的存在。1882年，弗萊明提出了“有絲分裂”(mitosis)這一術(shù)語[1]。引導(dǎo)學(xué)生通過分析資料得出： 細(xì)胞分裂時(shí)，發(fā)現(xiàn)細(xì)胞核、染色體等結(jié)構(gòu)有變化，一個(gè)親代細(xì)胞經(jīng)過一次有絲分裂得到兩個(gè)子細(xì)胞。并根據(jù)模式圖分析得出新老細(xì)胞的染色質(zhì)形態(tài)數(shù)目相同。若要在分裂過程中保證遺傳物質(zhì)(染色體中DNA分子)在親子代細(xì)胞的穩(wěn)定，要先復(fù)制，再均分。從而概括出有絲分裂的特征和意義。

教師講述： 細(xì)胞核直徑約10μm，最長的DNA長2m，形成染色質(zhì)時(shí)壓縮1000～2000倍，大約1～2mm。細(xì)胞中有很多條染色質(zhì)(如我們的體細(xì)胞就有46條)，放在一個(gè)小小的細(xì)胞核中，就像團(tuán)線一樣。教師準(zhǔn)備六種顏色的絲線各2根，代表6條染色質(zhì)，復(fù)制完有12條，好分嗎？怎么辦？學(xué)生活動(dòng)： 體驗(yàn)分線團(tuán)，不好分。認(rèn)為要纏起來，才好分，類似于染色質(zhì)變成染色體。教師展示： 若把這些線織成了6雙襪子(教師準(zhǔn)備好6雙不同顏色的襪子)，但現(xiàn)在它們都散亂地放在一個(gè)箱子里，如何均分為兩份？學(xué)生體驗(yàn)暗箱分襪子，發(fā)現(xiàn)很難將兩兩一樣的襪子分到兩組中。討論： 染色質(zhì)復(fù)制完要先連在一起才好分。由此引出“著絲點(diǎn)”的概念。先復(fù)制還是先變?nèi)旧w？學(xué)生認(rèn)為先復(fù)制，因?yàn)槿旧|(zhì)松散狀態(tài)下DNA才好復(fù)制。但染色體復(fù)制完后在細(xì)胞中散亂的排布、不好分，要排列整齊才好分。染色體如何排整齊？需要牽拉它的結(jié)構(gòu)就是紡錘絲或紡錘體。

設(shè)計(jì)意圖： 通過體驗(yàn)暗箱分襪子的活動(dòng)，學(xué)生能夠推測并理解有絲分裂過程中染色體及紡錘體等重要結(jié)構(gòu)的變化規(guī)律，從而培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維及科學(xué)探究精神。

3.3 分工合作，模型構(gòu)建染色體的變化 每個(gè)小組一塊黑板，小組討論后，用毛根玩具模擬染色質(zhì)和染色體(以4條染色體為例)，并用磁鐵代表著絲點(diǎn)，在黑板上擺出有絲分裂染色體的行為和數(shù)目變化。之后，各組分享和討論，描述染色體的行為和數(shù)目變化，并修正本組模型。教師出示植物細(xì)胞有絲分裂的模式圖，學(xué)生排序，并和自己小組的模型進(jìn)行比較，進(jìn)一步補(bǔ)充和修正自己的模型。

設(shè)計(jì)意圖： 通過分工合作，將有絲分裂過程的推測用模型構(gòu)建并展示出來，培養(yǎng)學(xué)生的小組合作交流能力。

3.4 描述有絲分裂過程，并課上反饋 提供資料： 1849年，霍夫曼斯特精確地記載了紫露草等植物細(xì)胞的有絲分裂過程。包括分裂前期細(xì)胞核形態(tài)的變化，核膜消失了，但細(xì)胞核的基本成分卻始終存在于細(xì)胞中。中期有紡錘體和染色體的復(fù)合結(jié)構(gòu)，后期2組染色體產(chǎn)生，末期核膜的重新形成以及在2個(gè)子細(xì)胞中間出現(xiàn)細(xì)胞壁。1877年，弗萊明在對蠑螈細(xì)胞有絲分裂進(jìn)行研究之后，第l個(gè)提出了染色體“縱向分裂”模式，準(zhǔn)確描述了蠑螈細(xì)胞有絲分裂前期的顯微結(jié)構(gòu)，并指出染色體分裂產(chǎn)物有可能分別進(jìn)入2個(gè)子細(xì)胞中去。1884年，斯覺斯伯格第l次用“prophase”“metaphase”和“anaphase”來表示有絲分裂的前期、中期和后期。1894年，海登漢的助手提出用“telophase”一詞表示有絲分裂的末期。1913年，倫德加德提出用“interphase”一詞表示細(xì)胞分裂前的間期[1]。通過資料分析及討論，讓學(xué)生對染色體、紡錘絲等結(jié)構(gòu)在各時(shí)期的變化有較為深刻的理解，然后根據(jù)模式圖對有絲分裂過程進(jìn)行描述。

最后，據(jù)植物細(xì)胞有絲分裂過程的顯微照片進(jìn)行排序。進(jìn)一步區(qū)分模式圖和真實(shí)圖片，檢測學(xué)生對有絲分裂過程的理解和掌握。

設(shè)計(jì)意圖： 通過資料分析對教材內(nèi)容進(jìn)行補(bǔ)充，通過真實(shí)圖片的辨析，進(jìn)一步加深學(xué)生對有絲分裂過程的理解和掌握。

3.5 拓展延伸 提供資料： 微管是細(xì)胞骨架蛋白，在有絲分裂過程中發(fā)揮重要作用。微管抑制劑能夠與腫瘤細(xì)胞的微管蛋白結(jié)合，通過促進(jìn)或抑制微管的聚合來破壞微管的動(dòng)態(tài)平衡，阻礙腫瘤細(xì)胞紡錘體形成，阻滯細(xì)胞分裂進(jìn)程從而發(fā)揮抗腫瘤作用。根據(jù)作用機(jī)制的不同，微管蛋白抑制劑可分為兩類： 一類是促進(jìn)微管蛋白聚合的微管蛋白聚合劑；另一類是抑制微管蛋白聚合的微管蛋白解聚劑。紫杉醇與β微管蛋白結(jié)合，低濃度降低微管動(dòng)力，穩(wěn)定微管；高濃度促進(jìn)微管聚合。秋水仙堿的抗腫瘤機(jī)制是與腫瘤細(xì)胞的微管蛋白結(jié)合，抑制微管聚合，干擾紡錘體形成。細(xì)胞周期過程會(huì)受到紡錘體組裝檢查點(diǎn)(spindle assembly checkpoint， SAC)反饋機(jī)制的調(diào)控。研究表明： Mad2、 BubR1、 Bub1和Bub3為SAC的相關(guān)蛋白，SAC的主要功能是在染色體正確黏附到紡錘體之前阻止細(xì)胞進(jìn)入有絲分裂后期。正常情況下，任何干擾染色體與紡錘體正確結(jié)合的因素都直接或間接的激發(fā)SAC信號，后期促進(jìn)因子(anaphaspromoting complex， APC)活性受到抑制，導(dǎo)致細(xì)胞分裂阻滯[2]。讓學(xué)生閱讀資料，分析科學(xué)家是如何利用有絲分裂的原理，進(jìn)行癌癥治療的。

設(shè)計(jì)意圖： 通過資料分析可以檢測學(xué)生對有絲分裂過程知識的掌握，又能培養(yǎng)學(xué)生獲取信息，運(yùn)用有絲分裂相關(guān)知識，解釋或解決生活中的相關(guān)問題的能力，并且能夠培養(yǎng)學(xué)生的生命觀念和社會(huì)責(zé)任感。

4 教學(xué)反思

真實(shí)的教學(xué)情境有利于培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)。情境可來源于科學(xué)技術(shù)與社會(huì)的聯(lián)系，可來源于科學(xué)研究的過程和成果，可來源于真實(shí)的現(xiàn)實(shí)生活。本節(jié)課利用科學(xué)史創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境，通過暗箱分襪子和模型建構(gòu)等活動(dòng)引導(dǎo)學(xué)生深刻理解相關(guān)核心概念，培養(yǎng)學(xué)生的理性思維和科學(xué)探究能力。并運(yùn)用所學(xué)知識，解釋或解決生活中的相關(guān)問題。在這樣的教學(xué)過程中，學(xué)生還體會(huì)到科學(xué)研究的過程是一個(gè)繼承發(fā)展的過程。