例談物理模型在高中生物教學(xué)中的應(yīng)用

王燕

高中生物教材中是這樣定義模型的：“模型是人們?yōu)榱四撤N特定目的而對(duì)認(rèn)識(shí)對(duì)象所做的一種簡(jiǎn)化的概括性的描述?！蹦Ｐ偷男问桨ㄓ形锢砟Ｐ汀⒏拍钅Ｐ?、數(shù)學(xué)模型等。物理模型就是以實(shí)物或圖畫(huà)形式直觀的表達(dá)認(rèn)識(shí)對(duì)象的特征，例如人教版必修1《分子與細(xì)胞》模塊中“構(gòu)建真核細(xì)胞三維結(jié)構(gòu)模型”“生物膜流動(dòng)鑲嵌模型”等。我國(guó)的《普通高中生物課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)）》也明確強(qiáng)調(diào)學(xué)生應(yīng)“領(lǐng)悟建立模型等科學(xué)方法及其在科學(xué)研究中的應(yīng)用”，將模型建構(gòu)規(guī)定為高中生必須掌握的科學(xué)方法之一。

本文將結(jié)合筆者的教學(xué)實(shí)踐，分享在減數(shù)分裂這節(jié)課的教學(xué)中，利用自制物理模型輔助教學(xué)的實(shí)例。

一、染色體物理模型制作

取材：教材中的染色體模型是利用橡皮泥制作，有的資料也用毛線、磁鐵片用作染色體模型的原料。而本文所使用的材料是彩色卡紙，取材方便、價(jià)格低廉、方便制作、直觀形象。該染色體模型既可用于學(xué)習(xí)姐妹染色單體、同源染色體的概念，也可以用于研究有絲分裂和減數(shù)分裂過(guò)程中染色體的動(dòng)態(tài)變化特點(diǎn)。

制作：在兩種不同顏色的卡紙上畫(huà)出兩個(gè)相同大小的染色體輪廓，之后按照輪廓剪下，表示兩條同源染色體，一條來(lái)自父方，一條來(lái)自母方（見(jiàn)圖1）。如圖2所示，縱向?qū)φ壑蟊硎緩?fù)制前的染色體，打開(kāi)后表示復(fù)制后的一條染色體，包含兩條姐妹染色單體。

二、模型應(yīng)用實(shí)例

模擬操作1：模擬減數(shù)分裂中染色體數(shù)目和行為變化。學(xué)生以小組為單位，利用上述染色體模型，構(gòu)建含2對(duì)同源染色體的初級(jí)精母細(xì)胞模型，模擬操作減數(shù)分裂各個(gè)時(shí)期染色體的行為變化，重點(diǎn)模擬同源染色體聯(lián)會(huì)、分離、四分體、著絲點(diǎn)分裂等行為，便于掌握減數(shù)分裂各個(gè)時(shí)期的主要特點(diǎn)。

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)上述模擬操作活動(dòng)，學(xué)生可以親自“觸摸”和體驗(yàn)染色體的形態(tài)和數(shù)目變化，減數(shù)分裂這個(gè)抽象的過(guò)程被形象化、具體化，大大降低了學(xué)生理解的難度。利用模型建構(gòu)，培養(yǎng)了學(xué)生的動(dòng)手能力和自主學(xué)習(xí)的精神。

模擬操作2：模擬非同源染色體自由組合。請(qǐng)學(xué)生觀察本小組的初級(jí)精母細(xì)胞經(jīng)過(guò)減數(shù)分裂后形成幾種配子，并通過(guò)再次模擬操作減數(shù)分裂，形成不同的配子。再將本小組的配子類型與其他小組的相互比較，結(jié)合問(wèn)題繼續(xù)思考和討論。

對(duì)照建構(gòu)的模型，教師可引導(dǎo)學(xué)生圍繞下列問(wèn)題進(jìn)行理性思考。

①一個(gè)含有2對(duì)同源染色體的初級(jí)精母細(xì)胞經(jīng)過(guò)減數(shù)分裂能形成幾種配子？

②小組之間配子差異的原因是什么？發(fā)生在什么時(shí)期？

③一個(gè)含有2對(duì)同源染色體的生物個(gè)體經(jīng)過(guò)減數(shù)分裂能形成幾種配子？

④如果用3對(duì)染色體進(jìn)行模擬，會(huì)產(chǎn)生幾種配子？

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)上述模擬操作活動(dòng)，學(xué)生對(duì)于非同源染色體自由組合有了更直觀的感性認(rèn)識(shí)，明確了自由組合發(fā)生的時(shí)間和對(duì)配子的影響，對(duì)配子的多樣性，生物多樣性的理解以及基因重組的學(xué)習(xí)起到非常大的作用。整個(gè)過(guò)程還能培養(yǎng)學(xué)生的小組合作探究意識(shí)，訓(xùn)練觀察、分析和歸納能力，提高表達(dá)交流水平。

在上述模擬操作1和操作2的基礎(chǔ)上，教師可進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)減數(shù)分裂過(guò)程中染色體和DNA的數(shù)量變化規(guī)律，并在坐標(biāo)圖中完成減數(shù)分裂中染色體和DNA的數(shù)量變化曲線。

以上實(shí)例以減數(shù)分裂中染色體變化這一重點(diǎn)知識(shí)為主線，利用簡(jiǎn)易的染色體物理模型，教師組織學(xué)生進(jìn)行模型構(gòu)建，讓學(xué)生親自體驗(yàn)染色體在細(xì)胞分裂各時(shí)期的變化過(guò)程，模擬同源染色體行為和非同源染色體自由組合，使學(xué)生對(duì)姐妹染色單體、同源染色體等容易混淆的概念也有了更加清晰的認(rèn)識(shí)。對(duì)于學(xué)生在構(gòu)建模型中出現(xiàn)的錯(cuò)誤及時(shí)進(jìn)行糾正，加強(qiáng)學(xué)生認(rèn)識(shí)染色體行為，以及理解配子多樣性。通過(guò)自制的染色體模型將本節(jié)重點(diǎn)內(nèi)容整合起來(lái)，在模型建構(gòu)的過(guò)程中突破難點(diǎn)，整個(gè)過(guò)程中取得了良好的教學(xué)效果。