運(yùn)用系統(tǒng)思維，建構(gòu)“分裂”模型

王美華

摘要：在“減數(shù)分裂”一節(jié)教學(xué)中，重視減數(shù)分裂各個(gè)時(shí)期特征的講解而忽視細(xì)胞分裂知識的整體建構(gòu)，重視減數(shù)分裂過程是什么的講解而輕視為什么是如此過程的思維建構(gòu)，導(dǎo)致教學(xué)效果不盡如人意。對本節(jié)教學(xué)策略進(jìn)行重構(gòu)，在整個(gè)教學(xué)過程中突出整體化教學(xué)設(shè)計(jì)和學(xué)生思維建構(gòu)，探索幫助學(xué)生理解減數(shù)分裂目的、實(shí)現(xiàn)染色體數(shù)目減半的路徑，把教師的灌輸和學(xué)生的讀記轉(zhuǎn)變成培養(yǎng)學(xué)生演繹與推理、模型建構(gòu)等科學(xué)思維方法，從而讓學(xué)生在真正理解知識的同時(shí)提升他們的科學(xué)思維素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：整體化教學(xué) 模型建構(gòu) 教學(xué)設(shè)計(jì)

中圖分類號：G633.91 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

高中生物“減數(shù)分裂”一節(jié)的內(nèi)容既是細(xì)胞生物學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)，又是遺傳學(xué)和分子生物學(xué)的基礎(chǔ)，這部分基礎(chǔ)知識尤為重要。然而，這部分知識卻是很多學(xué)生學(xué)習(xí)的死結(jié)。究其原因，主要還是在新授課教學(xué)時(shí)，教師往往是通過視頻、動(dòng)畫、模式圖講解等方式，告知學(xué)生減數(shù)分裂的具體過程。為什么是這樣一個(gè)過程？學(xué)生卻思考不深或沒法體會。學(xué)生除了探究活動(dòng)參與少、被動(dòng)接受知識外，更缺乏運(yùn)用系統(tǒng)思維辨析概念和模型建構(gòu)探索問題的過程。時(shí)間一長，學(xué)生就會混淆概念、遺忘知識。怎樣打開這個(gè)死結(jié)？筆者采用“整體化”原則進(jìn)行設(shè)計(jì)，以學(xué)生探究活動(dòng)為載體，以思維訓(xùn)練模型建構(gòu)為核心，引導(dǎo)學(xué)生在把握整體變化的基礎(chǔ)上，掌握各分裂期的細(xì)節(jié)特征。

1運(yùn)用系統(tǒng)思維，讓學(xué)生明了不同分裂的本質(zhì)區(qū)別

系統(tǒng)思維源自美籍奧地利生物學(xué)家貝塔朗菲提出的一般系統(tǒng)論，是把認(rèn)識對象作為系統(tǒng)，從系統(tǒng)和要素、要素和要素、系統(tǒng)和環(huán)境的相互聯(lián)系、相互作用中，綜合地考察認(rèn)識對象的一種思維方法，也稱為整體思維。系統(tǒng)思維便于從全局把握、認(rèn)識研究對象。運(yùn)用系統(tǒng)思維時(shí)，對研究對象要全面思考，要把研究想要達(dá)到的結(jié)果、實(shí)現(xiàn)該結(jié)果的過程、過程的優(yōu)化以及對未來的影響等一系列問題作為一個(gè)整體進(jìn)行研究，不能只就事論事，而是要考察研究對象各要素間的相互關(guān)系及其整體功能。

真核細(xì)胞的細(xì)胞分裂有3種方式。減數(shù)分裂只是其中的一種方式，也是一種特殊方式的有絲分裂。學(xué)生容易將其和有絲分裂混淆，為此，在進(jìn)行“減數(shù)分裂”一節(jié)教學(xué)前，筆者基于2005年美國國家研究理事會發(fā)布的研究報(bào)告《學(xué)生是如何學(xué)習(xí)的——課堂中的科學(xué)》中提出的“觸動(dòng)學(xué)生前概念”的原則而進(jìn)行問題設(shè)計(jì)，力圖先讓學(xué)生弄清楚減數(shù)分裂和有絲分裂各自要達(dá)到的預(yù)期結(jié)果，然后才考慮它們達(dá)成的路徑。于是，筆者從學(xué)生既熟悉又感興趣的話題，即他們自身生長發(fā)育過程開始，引導(dǎo)學(xué)生思考、討論并交流下列問題：①受精卵細(xì)胞有絲分裂形成的許多細(xì)胞具有什么特征？②當(dāng)人體生長發(fā)育到青春期性成熟時(shí)，男生就會產(chǎn)生精子，女生就會產(chǎn)生卵子，精子和卵子細(xì)胞中染色體數(shù)目應(yīng)該怎樣？③有絲分裂和減數(shù)分裂分別要達(dá)成的最終目的是什么？④有性生殖主要包含哪些重要環(huán)節(jié)（可嘗試建構(gòu)概念圖表示）？⑤減數(shù)分裂在整個(gè)生命周期中的作用和地位是什么？經(jīng)過學(xué)生自己的感知，學(xué)生能清楚知道：人體的體細(xì)胞經(jīng)有絲分裂后，每一個(gè)子細(xì)胞中染色體的數(shù)目都保持不變，即細(xì)胞核中都有23對染色體;減數(shù)分裂產(chǎn)生有性生殖細(xì)胞，有性生殖細(xì)胞中染色體數(shù)目減半;一旦雄性和雌性生殖細(xì)胞邂逅，就可能結(jié)合成受精卵，誕生新的生命。這樣不僅讓學(xué)生自己感知和辨析概念，更幫助學(xué)生通過整體化學(xué)習(xí)的方式建立知識體系，讓學(xué)生清楚概念彼此間的關(guān)系。

2建構(gòu)“分裂”模型讓學(xué)生探索減數(shù)分裂染色體行為

模型作為一種認(rèn)識手段和思維方式，是科學(xué)認(rèn)識過程中抽象化與具體化的辯證統(tǒng)一。

建模教學(xué)指的是涉及模型建構(gòu)、模型使用、模型評價(jià)和修正的教學(xué)。所謂“生物建模教學(xué)策略”，就是在課堂教學(xué)中利用模型方法建立生物模型，運(yùn)用生物模型解決生物學(xué)問題。

“減數(shù)分裂”學(xué)習(xí)中的建模教學(xué)是在比照有絲分裂過程中能維持分裂前后染色體數(shù)目不變基礎(chǔ)上，再看“減數(shù)分裂”前后精（卵）原細(xì)胞染色體數(shù)目的變化情況，讓學(xué)生發(fā)揮想象力，構(gòu)建“減數(shù)分裂”的模型，在腦海中形成新的知識結(jié)構(gòu)。

筆者在教學(xué)過程中，首先引導(dǎo)學(xué)生思考和分析以下問題：①在有絲分裂過程中，分裂前后細(xì)胞中染色體數(shù)目保持不變的真正原因是什么？②對照有絲分裂中染色體復(fù)制1次、著絲點(diǎn)分裂1次、細(xì)胞分裂1次的特點(diǎn)，請推測如何在減數(shù)分裂過程中實(shí)現(xiàn)配子中染色體數(shù)目減半。③要保證每個(gè)配子中含有該物種染色體所攜帶的全部的遺傳物質(zhì)，減數(shù)分裂中同源染色體行為如何？④減數(shù)分裂中兩次分裂的主要任務(wù)和相互關(guān)系怎樣？其次，通過對這四個(gè)問題的思考，學(xué)生以有絲分裂為基礎(chǔ)建構(gòu)起減數(shù)分裂的大致輪廓，進(jìn)而進(jìn)行小組合作建?；顒?dòng)：4人一組用所給的染色體（彩色紙片或橡皮泥）和紡錘絲（絨線）在給定的白紙上搭建減數(shù)第一次分裂、第二次分裂各時(shí)期的模型，并交流減數(shù)分裂各個(gè)時(shí)期的特點(diǎn)和相互關(guān)系。學(xué)生通過活動(dòng)操作、對比推理、評價(jià)交流，經(jīng)歷了模型建構(gòu)、使用和修正的過程，這為他們探究性、創(chuàng)造性思維的發(fā)展提供了廣闊的空間。在模型建構(gòu)活動(dòng)的基礎(chǔ)上，教師再引導(dǎo)學(xué)生歸納減數(shù)分裂的概念，就水到渠成了。這樣既遵循了“注重學(xué)生的元認(rèn)知”原則，又實(shí)實(shí)在在地踐行了核心素養(yǎng)培養(yǎng)中的科學(xué)思維培養(yǎng)之目標(biāo)。學(xué)生的探索過程雖然慢了點(diǎn)，也有不少學(xué)生走了彎路，但他們在與其他學(xué)生思維的碰撞中不斷充實(shí)自己的思考，真正讓思考更深入，讓理解更深刻，也讓意義更深遠(yuǎn)。

3回歸教學(xué)本真讓學(xué)生體驗(yàn)真實(shí)的減數(shù)分裂過程

減數(shù)分裂過程中各時(shí)期的模式圖與真實(shí)的細(xì)胞分裂過程的圖示之間存在較大的差異，許多學(xué)生、甚至部分教師都無法辨認(rèn)減數(shù)分裂過程實(shí)物圖。如何做到既讓學(xué)生鞏固所學(xué)的減數(shù)分裂的知識，又讓學(xué)生了解真實(shí)的細(xì)胞減數(shù)分裂過程？進(jìn)行“觀察蝗蟲精母細(xì)胞減數(shù)分裂的固定裝片”實(shí)驗(yàn)可以說是最好的教學(xué)方法了，而事實(shí)上絕大多數(shù)的學(xué)校根本不做此實(shí)驗(yàn)。究其原因，表面上看是該實(shí)驗(yàn)本身有難度，實(shí)物圖中染色體的形態(tài)和行為不像模式圖或示意圖那樣直觀、清晰，識別蝗蟲精母細(xì)胞減數(shù)分裂各時(shí)期需要技術(shù);根本上，還是教師腦海中存在著急功近利的意識，追求學(xué)生在短期測評中的分?jǐn)?shù)，不能從長遠(yuǎn)培育學(xué)生核心素養(yǎng)的角度去看待。筆者通過組織學(xué)生進(jìn)行“觀察蝗蟲減數(shù)分裂固定裝片”的實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生感知實(shí)物圖與模式圖的區(qū)別，教會學(xué)生在面對實(shí)物分裂相的圖形時(shí)既要抓住減一減二過程中各時(shí)期染色體的特征，又要結(jié)合細(xì)胞數(shù)目的變化和被染成深色的染色體數(shù)目的變化來綜合判斷，幫助學(xué)生形成認(rèn)識事物本質(zhì)的思維能力，激發(fā)學(xué)生探求真知的興趣，提升學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn)的能力。

4細(xì)嚼疑難知識讓學(xué)生后續(xù)相關(guān)知識學(xué)習(xí)成坦途

減數(shù)分裂過程中許多知識的學(xué)習(xí)與前后知識是關(guān)聯(lián)乃至是貫通的。在“減數(shù)分裂”一節(jié)的教學(xué)中，涉及內(nèi)容多。教師過多地關(guān)注一些細(xì)節(jié)，往往會沖淡主干知識的整體教學(xué)，若將這些易混易錯(cuò)的細(xì)節(jié)知識一帶而過，又容易導(dǎo)致重點(diǎn)不突出，不利于學(xué)生對知識的深度理解。這需要教學(xué)取舍得當(dāng)，有的放矢。

與減數(shù)分裂過程緊密聯(lián)系的內(nèi)容主要有：①孟德爾遺傳中對分離現(xiàn)象和自由組合現(xiàn)象的現(xiàn)代解釋及兩大遺傳定律的實(shí)質(zhì)都與減數(shù)第一次分裂中染色體行為密切相關(guān)。②減數(shù)第一次分裂過程中同源染色體分離、非同源染色體自由組合產(chǎn)生配子的類型能用數(shù)學(xué)式來表示。這一表達(dá)式在具體試題情境設(shè)置中“一個(gè)細(xì)胞或一種生物體”兩種設(shè)問中有何差異？③減數(shù)第一次分裂過程中發(fā)生的染色體之間的兩種重組方式與有性生殖過程中兩種基因重組方式是一脈相承的。④四分體時(shí)同源染色體非姐妹染色單體之間的交叉互換與染色體結(jié)構(gòu)變異中的移接有著本質(zhì)的區(qū)別。對這些疑難知識，教師應(yīng)該有意識地在這些知識點(diǎn)的教學(xué)上有所側(cè)重，注重知識點(diǎn)間的前后聯(lián)系，站在一個(gè)更高的位點(diǎn)上來統(tǒng)攬學(xué)科教學(xué)。