論述如何利用建模進(jìn)行有效的課堂教學(xué)

傅晶

減數(shù)分裂知識(shí)點(diǎn)出自普通高中教科書(shū)生物學(xué)人教版必修二第2章第1節(jié)《減數(shù)分裂和受精作用》。在課堂教學(xué)中，可構(gòu)建物理模型來(lái)辨認(rèn)不同時(shí)期染色體形態(tài)、位置等變化，深入理解配子具有多樣性的意義。還可通過(guò)構(gòu)建數(shù)學(xué)模型的方法，如分析和繪制曲線圖、柱狀圖、扇形圖的過(guò)程，有助于學(xué)生掌握細(xì)胞的生命歷程和辨析染色體和DNA等數(shù)量變化規(guī)律。最后可運(yùn)用思維導(dǎo)圖幫助學(xué)生將抽象的減數(shù)分裂知識(shí)系統(tǒng)化、具體化、結(jié)構(gòu)化，通過(guò)建模的過(guò)程來(lái)加深對(duì)細(xì)胞分裂的本質(zhì)理解。

一、物理模型的應(yīng)用

1.運(yùn)用物理模型材料解釋相關(guān)名詞概念

（1）扭扭棒模型。以扭扭棒為基本材料制作的染色體模型，通過(guò)扭扭棒的疊加、纏繞、分離等操作，直觀模擬減數(shù)分裂中染色體的變化。扭扭棒具有質(zhì)地軟、易塑形的特點(diǎn)，能夠生動(dòng)形象地表現(xiàn)染色體的形態(tài)特征，如將扭扭棒旋轉(zhuǎn)纏繞便形成粗短的染色體。將各個(gè)時(shí)期的染色體用扭扭棒制作完成后，將其粘貼在相應(yīng)的細(xì)胞硬紙板上，就形成了簡(jiǎn)單明了的減數(shù)分裂中染色體變化模型。

（2）卡紙模型。利用不同顏色的卡紙和小磁鐵制作的模型。首先用卡紙剪出已經(jīng)復(fù)制完成的染色體的形狀，可用不同大小的卡紙代表不同的染色體，用兩種顏色分別代表兩條同源染色體。然后，將染色體沿著絲粒中間部位剪開(kāi)，形成兩條染色單體，在染色單體著絲粒的部位貼上小磁鐵，方便固定和移動(dòng)染色體。將兩條染色單體合并又重新形成了完成復(fù)制的染色體。最后將制作好的染色體模型在黑板或白紙上進(jìn)行組裝、拆卸和移動(dòng)，就能夠展示減數(shù)分裂的動(dòng)態(tài)過(guò)程，方便學(xué)生觀察、記憶和理解。

（3）橡皮泥模型。這是常見(jiàn)的染色體制作模型，教材就介紹了如何用橡皮泥制作染色體模型。此種模型利用了橡皮泥顏色的多樣性和形態(tài)的可塑性，用不同的大小和顏色清晰地表示岀不同的染色體以及來(lái)自父方和母方的同源染色體。此外，橡皮泥制作的染色體可以進(jìn)行拆卸和組合，能夠動(dòng)態(tài)地表現(xiàn)染色體變化的過(guò)程。

（4）手指模型。學(xué)生利用自己的手指來(lái)模擬染色體的變化過(guò)程，此模型無(wú)須其他材料的準(zhǔn)備，方便易行，形象直觀。在教學(xué)中，學(xué)生兩人一組，協(xié)作完成手指模型。用一只手指表示一條染色體，那么一只手就能表示五條各不相同的染色體，兩位學(xué)生各伸出一只手，就能表示一個(gè)細(xì)胞內(nèi)的五對(duì)同源染色體。在此基礎(chǔ)上，每位學(xué)生再將自己雙手的十個(gè)手指相互交叉，如中指和中指在指關(guān)節(jié)處貼合，表示完成復(fù)制的染色體，此時(shí)兩位學(xué)生的四只手就代表了完成復(fù)制的五對(duì)同源染色體。兩位學(xué)生的手分開(kāi)，就代表了同源染色體的分離；學(xué)生各自交叉的手分開(kāi)，就代表了 染色單體的分離。通過(guò)此種方法，學(xué)生兩人配合，變換手和手指的位置就可以形象地展示減數(shù)分裂中染色體的變化過(guò)程。這樣的比喻很直觀且很方便，非常有助于學(xué)生對(duì)這一概念的理解。

（5）撲克牌模型。撲克牌同一數(shù)字不同顏色可以表示同源染色體，不同數(shù)字表示非同源染色體。問(wèn)題設(shè)計(jì)：把4對(duì)同源染色體打亂，如何保證把每一對(duì)同源染色體分開(kāi)，不進(jìn)入配子中，配子中就只有非同源染色體？學(xué)生回答：把兩個(gè)1放在一起，兩個(gè)2放在一起，依次這樣，然后從每一對(duì)中取一張出來(lái)。老師解釋?zhuān)菏堑模@個(gè)策略非常好，細(xì)胞也是這么想的，為了把同源染色體分開(kāi)，所以先要將同源染色體配對(duì)，這個(gè)過(guò)程叫聯(lián)會(huì)。

2.運(yùn)用物理模型材料演示減數(shù)分裂動(dòng)態(tài)過(guò)程

整個(gè)減數(shù)分裂過(guò)程最重要就是染色體的行為變化，以?xún)蓪?duì)同源染色體為例進(jìn)行建模去模擬減數(shù)分裂的動(dòng)態(tài)全過(guò)程。通過(guò)模型初建、模型互評(píng)和修正來(lái)突破教學(xué)重難點(diǎn)。首先，讓學(xué)生描述減數(shù)分裂各時(shí)期的染色體行為變化，然后分組完成建模活動(dòng)，一半小組進(jìn)行精子形成過(guò)程的建模，一半小組進(jìn)行卵細(xì)胞形成過(guò)程的建模，可讓學(xué)生辨析精細(xì)胞和卵細(xì)胞在減數(shù)分裂的異同點(diǎn)。其次，同源染色體的分離、非同源染色體的組合、交叉互換導(dǎo)致配子多樣性、子細(xì)胞中染色體的組合情況等都是是學(xué)生易混亂的重點(diǎn)難點(diǎn)。學(xué)生操作在建立模型的過(guò)程中，教師要勤加指導(dǎo)，觀察學(xué)生有無(wú)理解上的錯(cuò)誤，應(yīng)及時(shí)弄清學(xué)生出錯(cuò)的原因并加以糾正。

二、數(shù)學(xué)模型的應(yīng)用

數(shù)學(xué)模型是運(yùn)用數(shù)理邏輯方法和數(shù)學(xué)語(yǔ)言，以圖表、函數(shù)、公式及符號(hào)等數(shù)學(xué)形式真實(shí)系統(tǒng)地揭示事物的本質(zhì)、數(shù)量關(guān)系和變化規(guī)律。它是一種分析表面現(xiàn)象相關(guān)生物學(xué)問(wèn)題的有力工具，通過(guò)分析某一生理過(guò)程中相關(guān)物質(zhì)的數(shù)量變化以反映該過(guò)程，歸納為兩種方法：過(guò)程量分析或狀態(tài)量分析，常以速率和相對(duì)含量表示，表面上看，兩者不同，究其數(shù)學(xué)本質(zhì)而言，只是導(dǎo)函數(shù)和導(dǎo)數(shù)的關(guān)系，實(shí)際是同一過(guò)程的不同方法。

生物圖形與數(shù)學(xué)曲線相結(jié)合的試題是比較常見(jiàn)的，它考查學(xué)生的分析、推理與綜合能力，體現(xiàn)理科思維的邏輯性。其中曲線圖可以清楚直觀地揭示它們的關(guān)系，深化理解生物學(xué)概念知識(shí)，強(qiáng)化生物學(xué)思維，達(dá)到深度學(xué)習(xí)的要求，因此曲線圖一直是高考的重點(diǎn)考查方式之一。在數(shù)學(xué)建模分析過(guò)程中，教師要引導(dǎo)學(xué)生從多角度分析曲線變化的表象，從而指導(dǎo)學(xué)生思考曲線變化的內(nèi)在原因，要培養(yǎng)學(xué)生堅(jiān)持探究事物真相、用于辨析的科學(xué)態(tài)度。這個(gè)過(guò)程深化了學(xué)生的知識(shí)理解程度，對(duì)動(dòng)態(tài)的生物學(xué)規(guī)律變化有更深入的思考和審辨思維。

有絲分裂和減數(shù)分裂的辨析在高考命題中也時(shí)常出現(xiàn)，命題常以細(xì)胞分裂圖為信息載體，考察學(xué)生的識(shí)圖判斷能力，因此可根據(jù)減數(shù)分裂的物理模型思考各時(shí)期的染色體、姐妹染色單體和DNA的主要數(shù)目變化規(guī)律來(lái)繪制數(shù)學(xué)模型。因此可通過(guò)柱狀圖、曲線圖、表格等數(shù)學(xué)模型進(jìn)行染色體、DNA、染色單體的數(shù)量對(duì)比，完成知識(shí)遷移，便于比較分析和總結(jié)復(fù)習(xí)。

三、概念模型的應(yīng)用

概念模型是采用圖示、文字及符號(hào)的形式將事物的本質(zhì)特征、屬性及事物之間的內(nèi)在聯(lián)系清晰地展示出來(lái)。在減數(shù)分裂中，存在很多復(fù)雜而又零散的知識(shí)點(diǎn)，比如各種名詞概念，各個(gè)時(shí)期的染色體行為變化，精細(xì)胞和卵細(xì)胞的形成異同等，可通過(guò)構(gòu)建概念模型，運(yùn)用思維導(dǎo)圖的手段從部分到整體，形成彼此相連的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)。（詳見(jiàn)左圖）

四、結(jié)語(yǔ)

以上三種模型的構(gòu)建方法、側(cè)重點(diǎn)及呈現(xiàn)形式各有千秋，在教學(xué)應(yīng)用時(shí)可結(jié)合教學(xué)內(nèi)容，根據(jù)不同的教學(xué)目標(biāo)，引導(dǎo)學(xué)生樹(shù)立建模思想，積極主動(dòng)地構(gòu)建模型來(lái)理解生物學(xué)知識(shí)，強(qiáng)化模型的綜合應(yīng)用，全面把握新舊知識(shí)之間的內(nèi)在聯(lián)系及其本質(zhì)，對(duì)生物學(xué)知識(shí)進(jìn)行深度加工，化抽象為直觀，化繁為簡(jiǎn)，突破重難點(diǎn)，提升課堂教學(xué)效果。

責(zé)任編輯 韋英哲