巧用物理模型破解細胞分裂的難點

丁素萍

摘 要：生物模型分為物理模型、概念模型、數(shù)學(xué)模型。構(gòu)建模型教學(xué)法是生物教學(xué)中通常使用的教學(xué)法。細胞分裂這部分內(nèi)容的難點是理解和掌握細胞周期曲線圖中各時期的分界點；細胞分裂中染色體、染色單體、DNA的變化規(guī)律；區(qū)分被同位素標記之后DNA和染色單體的變化等。引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建物理模型，以實物或圖畫的形式直觀地表達認識對象的特征。由于物理模型具有直觀的特點，因此對比較抽象、難以理解掌握的難點知識，學(xué)生可以通過親身體驗和感受，把煩瑣的知識簡單化，從而深入理解和掌握。

關(guān)鍵詞：物理模型；細胞分裂；難點

中圖分類號：G633.91 文獻標識碼：A 收稿日期：2020-04-22 文章編號：1674-120X（2020）15-0106-02

高中生物有絲分裂和減數(shù)分裂的內(nèi)容，對理解能力強的學(xué)生來說，通過觀看動畫、幻燈片，就能很好地理解掌握；但對學(xué)習(xí)能力弱、注意力不易集中的學(xué)生來說，看圖片時，看前忘后，學(xué)習(xí)難度大，耗時長，并且容易把減數(shù)分裂和有絲分裂的特征混淆。如果本部分內(nèi)容學(xué)得困難，就會直接嚴重影響學(xué)生學(xué)習(xí)生物的興趣和對整個必修二內(nèi)容的學(xué)習(xí)。因此，需要一種教學(xué)方式使學(xué)生能放慢速度、認真理解，并且能親身體會。利用物理模型的教學(xué)就可達到上述目的。

一、利用物理模型使抽象的細胞周期內(nèi)容變得簡單易懂

在學(xué)習(xí)有絲分裂時，細胞周期是一個重要的概念，雖然概念學(xué)起來簡單，但做題卻不易。

例如，下面這道題既有同位素標記法，又有細胞周期曲線圖。班里沒有一個學(xué)生全部做對。

在某種生物的培養(yǎng)液中加入用3H標記的胸腺嘧啶脫氧核苷酸。短暫培養(yǎng)一段時間后，洗去3H標記的胸腺嘧啶脫氧核苷酸，使在該段時間內(nèi)已處于DNA復(fù)制期不同階段的全部細胞中的DNA被3H標記，而當時處于其他時期的細胞則不帶標記。在不同時間取樣，做細胞放射性自顯影，找出正處于有絲分裂階段的分裂期細胞，計算其中帶3H標記的細胞占有絲分裂細胞總數(shù)的百分比。得到下圖（圖1～圖4中橫軸為時間，縱軸為帶標記細胞占細胞總數(shù)的百分比）：

1.圖2中從a點開始檢測到帶3H標記分裂期細胞，則o～a段為________期，理由是：________。

2.處于圖3中c點時，帶標記的細胞百分數(shù)開始下降，則a～c段表示________期。

3.處于圖3中c點時，帶標記的細胞百分數(shù)開始下降，直到消失，到第二次出現(xiàn)帶有標記的細胞數(shù)時為圖中e點，則d～e段所經(jīng)歷的時間相當于 期的時間。

4.一個完整的細胞周期為：________。

學(xué)生解決本題時大多運用了數(shù)學(xué)模型（用線段表示的細胞周期），少部分學(xué)生除了第2題，其他題勉強可以做但理解得不透徹，大部分學(xué)生理解不了題意。

為了使學(xué)生能正確理解，筆者用硬紙板剪下兩個同心圓（直徑不同），小同心圓放在大同心圓上，并用黑色的筆在兩個同心圓上畫出細胞G1期、S期、G2期、M期，注意各時期一一對應(yīng)。兩個圓片用圓珠筆尖固定（筆尖在圓心上），學(xué)生通過親手轉(zhuǎn)動上面的圓片，輕松地把這道題解決了。利用本方法解決本題，在之后的教學(xué)反饋中，大部分學(xué)生在本節(jié)課中能聽懂，極少數(shù)學(xué)生通過課下嘗試也掌握了。

二、利用物理模型教學(xué)使學(xué)生產(chǎn)生親身體會，能更好地理解知識，并牢固地掌握細胞周期中染色體、染色單體、DNA的變化規(guī)律

在有絲分裂和減數(shù)分裂特征教學(xué)中，很多教師采用了幻燈片的圖畫教學(xué)法，由于幻燈片一張連著一張放，學(xué)生往往學(xué)前忘后。一節(jié)課下來，學(xué)生覺得煩瑣難記。有絲分裂和減數(shù)分裂內(nèi)容兩者容易混淆，且難掌握。學(xué)生基本上通過動手繪圖、反復(fù)記憶來掌握相關(guān)知識，花費的時間長，效果差。甚至有一部分學(xué)生到高中畢業(yè)都沒有弄懂。減數(shù)分裂沒有學(xué)習(xí)好，導(dǎo)致學(xué)生失去學(xué)習(xí)興趣，進而影響了遺傳定律的學(xué)習(xí)。所以突破有絲分裂和減數(shù)分裂這兩個難點，恰當?shù)慕虒W(xué)方法和手段至關(guān)重要。

筆者用一次性筷子、繩子和皮筋來使學(xué)生親身體驗有絲分裂的過程，在課堂上先講解數(shù)染色體的方法是數(shù)著絲點。染色體有復(fù)制前和復(fù)制后兩種，講解這兩種染色體含有的DNA數(shù)量和染色單體數(shù)量。教師邊講解邊示范，學(xué)生在課桌上擺放，在輕松的氣氛中就完成了這節(jié)課的教學(xué)內(nèi)容。課后的教學(xué)反饋效果非常好，全班學(xué)生基本上都掌握了。在課后作業(yè)的檢查中，學(xué)生對圖形的認識理解、圖形的繪制和曲線圖的理解都非常到位。

在對減數(shù)分裂進行教學(xué)時也采用此方法。教師利用模型教學(xué)，放慢了教學(xué)的速度，但學(xué)生親自參與體驗，加深了理解，并在親自操作中能發(fā)現(xiàn)各種各樣的問題。例如，有絲分裂中為什么有同源染色體？細胞分裂的各時期染色體如何分布？如何深入理解著絲點排列在赤道板上？學(xué)生看圖片時很難想象出細胞有絲分裂的立體圖像。但我們利用物理模型，讓學(xué)生參與其中，學(xué)生便能體會到學(xué)習(xí)的樂趣，并能很好地掌握本知識點。

例如，學(xué)生學(xué)習(xí)完本節(jié)課內(nèi)容，在下一節(jié)生物課上，學(xué)生就能準確地繪制染色體、DNA、染色單體等的變化規(guī)律曲線圖，并能講出變化的原因。

教師用構(gòu)建的物理模型上完課后，又用紙片標上基因，抽查學(xué)生，讓其在課堂上展示并講解。繼續(xù)要求學(xué)生掌握有絲分裂各時期的特征，注意有絲分裂后期基因的走向，并總結(jié)有絲分裂的意義。

學(xué)生通過動手構(gòu)建物理模型，來進行展示、講解、交流和合作學(xué)習(xí)，取得了非常好的教學(xué)效果。細胞分裂這部分內(nèi)容的考試的及格率和優(yōu)秀率都高于同類班級。

三、利用物理模型能使學(xué)生清晰明了、快速地掌握細胞分裂過程中的同位素標記問題

在細胞分裂的過程中，由于有的時期每條染色體含有兩條染色單體，細胞核內(nèi)的DNA含兩條脫氧核苷酸長鏈，所以對染色體和DNA二者的走向，學(xué)生很容易混淆。雖然少部分學(xué)生通過畫圖能弄懂，但繪畫麻煩，且用時較長。

例如，在有絲分裂過程中，DNA復(fù)制一次，細胞分裂一次，用同位素15N標記DNA的兩條鏈，放在14N的原料中培養(yǎng)，觀察在第二次有絲分裂的中期，有多少染色體被標記，多少染色單體被標記，正常的第二次有絲分裂后形成的子細胞中含親代DNA鏈的染色體數(shù)是多少。（體細胞中染色體數(shù)為2n）

使用硬紙板制作染色體，繪上DNA雙鏈，并用紅色的線代替已經(jīng)被標記的脫氧核苷酸鏈（模板鏈），用黑色的線代替子鏈。親代DNA半保留復(fù)制后的子代DNA用一條紅線和一條黑線表示。

讓學(xué)生用紙片繪制，兩人為一組，根據(jù)有絲分裂特征進行移動，弄清楚染色單體和DNA的走向。得出第一次有絲分裂的子細胞每條染色體含一個DNA，每個DNA含一條子鏈和一條母鏈。

第二次有絲分裂用同樣的方法繪制出每條復(fù)制的染色體含兩條染色單體，每條染色單體含一個DNA。其中有一條染色單體含放射性DNA（14N/15N），另一條染色單體含無放射性的DNA（14N/14N）。學(xué)生通過移動，即掌握了染色體在各時期的特點，也掌握了DNA的走向。最后討論得出由于著絲點分裂時每條染色體的兩條染色單體移向哪一極是隨機的，最終移向同一極的所有染色體所帶放射性也是隨機的，故子代細胞中含親代DNA鏈的染色體數(shù)是0～2n。

教師通過運用物理模型對本部分內(nèi)容進行教學(xué)，會讓學(xué)生的體會非常深刻，會讓學(xué)生從不明白染色體、染色單體、DNA的關(guān)系，到迅速掌握有絲分裂和減數(shù)分裂的特征，會繪制曲線圖和圖像，并能把兩種分裂方式的圖像進行正確區(qū)分。由于教學(xué)節(jié)奏慢，因此學(xué)生有親自參與和產(chǎn)生的體會，能充分理解教學(xué)內(nèi)容，做題基本上全對，進而對生物這門課的學(xué)習(xí)產(chǎn)生興趣，并為遺傳定律的學(xué)習(xí)打下堅實的基礎(chǔ)。

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