以模型構(gòu)建打造高效生物學(xué)課堂

楊金山

生物模型是一種簡化和概括性強(qiáng)的描述方式，能夠清晰地展示特定對象的本質(zhì)特征。生物模型的直觀性和概括性使其成為學(xué)生從感性認(rèn)知向理性思維過渡的有力工具。此外，在生物建模的過程中，“生物建?！背洚?dāng)了橋梁和紐帶的角色，能夠幫助學(xué)生更好地理解和掌握知識。在講解“減數(shù)分裂和受精作用”這一課時(shí)，師生需要合作，共同構(gòu)建生物模型。減數(shù)分裂與配子形成是微觀、動(dòng)態(tài)、聯(lián)系的過程，前后具有較強(qiáng)的邏輯性，在教學(xué)設(shè)計(jì)中需要綜合教師講解、合作討論，將微觀教學(xué)方式轉(zhuǎn)變?yōu)楹暧^教學(xué)，幫助學(xué)生更好地理解本節(jié)課的教學(xué)內(nèi)容。

一、知識回顧，引發(fā)沖突

在開課之前，學(xué)生已經(jīng)對細(xì)胞的結(jié)構(gòu)奧秘、細(xì)胞增殖的機(jī)理以及遺傳學(xué)的基本法則有所了解，這節(jié)課教師將正式帶領(lǐng)學(xué)生探究真核生物細(xì)胞核內(nèi)遺傳信息的傳遞機(jī)制，啟迪學(xué)生領(lǐng)悟有性生殖在生物進(jìn)化史中的重要性。本節(jié)課的教學(xué)重點(diǎn)是讓學(xué)生對減數(shù)分裂的概念有清晰的了解，能夠洞悉減數(shù)分裂過程中染色體數(shù)量與行為的變化規(guī)律。

在正式上課前，教師請學(xué)生一同回顧有關(guān)有絲分裂的教學(xué)內(nèi)容，按照座位的順序依次回答。隨后，為了幫助學(xué)生更好地理解和吸收新的內(nèi)容，教師采用多種方法來引入本節(jié)課的主題，展示大自然中有關(guān)動(dòng)植物生長發(fā)育和繁殖的有趣視頻，以此來吸引學(xué)生的注意力和學(xué)習(xí)興趣。

教師：同學(xué)們，在我們剛才的復(fù)習(xí)中，我們提到了有絲分裂是個(gè)體生長發(fā)育的重要途徑?，F(xiàn)在，請大家思考一個(gè)問題：如果個(gè)體繁殖也采用有絲分裂的方式，會(huì)是什么樣的情景呢？這樣做會(huì)帶來哪些后果呢？請大家發(fā)表自己的看法。

學(xué)生1：如果個(gè)體繁殖采用有絲分裂，那么后代的遺傳物質(zhì)將與親代完全相同，這樣可能會(huì)導(dǎo)致生物種群的遺傳多樣性降低，對環(huán)境的適應(yīng)能力也會(huì)減弱。

學(xué)生2：有絲分裂產(chǎn)生的后代都是相同的個(gè)體，這樣就無法實(shí)現(xiàn)生物的進(jìn)化，因?yàn)檫M(jìn)化需要遺傳變異來提供不同的適應(yīng)策略。

教師：兩位同學(xué)分析得很到位。確實(shí)，如果個(gè)體繁殖采用有絲分裂，會(huì)導(dǎo)致遺傳多樣性的喪失和生物進(jìn)化的停滯。但實(shí)際上，生物界的繁殖方式遠(yuǎn)比這復(fù)雜和多樣。接下來，我們將學(xué)習(xí)一種新的細(xì)胞分裂方式——減數(shù)分裂。

接著，教師向?qū)W生展示與減數(shù)分裂相關(guān)的一系列引人入勝的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。這些實(shí)驗(yàn)不僅揭示了減數(shù)分裂的奧秘，也激發(fā)了學(xué)生的好奇心。

教師：首先，讓我們回顧一下奧地利生物學(xué)家孟德爾在19世紀(jì)50年代和60年代對豌豆的研究。他通過連續(xù)統(tǒng)計(jì)不同花色的子一代和子二代，得出了一系列令人驚奇的結(jié)論。

（此時(shí)，屏幕上播放孟德爾的介紹視頻，學(xué)生們聚精會(huì)神地觀看。）

視頻播放結(jié)束后，教師繼續(xù)道：孟德爾的實(shí)驗(yàn)結(jié)果啟發(fā)了他提出遺傳因子假說，并初步驗(yàn)證了基因分離和自由組合定律。這些定律為我們理解生物遺傳提供了重要的基礎(chǔ)。

緊接著，教師又提到了其他科學(xué)家的實(shí)驗(yàn)：赫特維希在1876年研究海膽卵受精過程中發(fā)現(xiàn)，受精后兩個(gè)親本細(xì)胞核具有合并的現(xiàn)象。同樣，施特斯伯格在1888年的研究中也觀察到了被子植物體中兩個(gè)親本細(xì)胞核的合并現(xiàn)象。這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)一步證明了減數(shù)分裂在動(dòng)植物界的普遍存在。

通過這些生動(dòng)的實(shí)例，學(xué)生對減數(shù)分裂的重要性和普遍性有了更深入的理解。教師趁熱打鐵，向?qū)W生提出了一個(gè)問題：為了保持染色體數(shù)目穩(wěn)定不變，子代從父本和母本繼承兩者的染色體，那么生殖細(xì)胞染色體數(shù)目需要怎樣調(diào)整呢？

學(xué)生思考后回答：生殖細(xì)胞染色體數(shù)目必須減半。

教師點(diǎn)頭表示贊許，并進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生思考：那么請同學(xué)們在已經(jīng)學(xué)過有絲分裂的知識基礎(chǔ)上，進(jìn)一步思考一下減數(shù)分裂過程中染色體的數(shù)目是在什么時(shí)間、以什么的方式減半呢？此問題的提出是引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合已學(xué)知識，進(jìn)行應(yīng)用遷移，同時(shí)激發(fā)學(xué)生對減數(shù)分裂知識學(xué)習(xí)的興趣，帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)入本節(jié)課的主題。

二、問題討論，動(dòng)手實(shí)踐

教師：同學(xué)們，現(xiàn)在我們一起來思考一下。在生殖細(xì)胞產(chǎn)生的過程中，怎樣才能實(shí)現(xiàn)染色體數(shù)量的減半呢？大家可以大膽想象，提出一些猜想，并在小組內(nèi)進(jìn)行討論。

（學(xué)生開始思考并討論）

學(xué)生1：老師，我想可能是細(xì)胞直接分裂，然后把染色體平均分給兩個(gè)細(xì)胞，這樣染色體的數(shù)量就減半了。

學(xué)生2：我覺得可能是減數(shù)分裂過程中，染色體先復(fù)制一次，然后細(xì)胞經(jīng)歷兩次分裂，這樣最終實(shí)現(xiàn)染色體數(shù)目減半。

學(xué)生3：我猜測染色體復(fù)制兩次，細(xì)胞分裂四次（甚至染色體復(fù)制四次，細(xì)胞分裂八次），是不是也可以呢？

教師：同學(xué)們的想象力很豐富，提出的猜想也很有意思。那我們就以小組的方式討論這些猜測。

（學(xué)生在小組內(nèi)展開討論）

在討論間隙，為了讓學(xué)生更好地理解減數(shù)分裂過程，教師向?qū)W生介紹德國植物學(xué)家施特拉斯布格發(fā)現(xiàn)“四份孢子”和德國生物學(xué)家鮑維里馬蛔蟲的減數(shù)分裂的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)。

（學(xué)生認(rèn)真聽講并思考）

教師：現(xiàn)在，請同學(xué)們結(jié)合這些科學(xué)史和實(shí)驗(yàn)結(jié)果，再次討論一下你們的猜想。看看能否得出一個(gè)更直觀的結(jié)論來解釋減數(shù)分裂過程中染色體數(shù)量減半的現(xiàn)象。

（學(xué)生再次展開討論）

學(xué)生4：經(jīng)過討論，我們認(rèn)為在減數(shù)分裂過程中，染色體首先復(fù)制一次，然后細(xì)胞經(jīng)歷兩次分裂。這樣，在最終形成的生殖細(xì)胞中，染色體的數(shù)量就會(huì)減半。這個(gè)結(jié)論與剛才老師介紹的實(shí)驗(yàn)結(jié)果也是一致的。

教師：確實(shí)，在減數(shù)分裂過程中，染色體復(fù)制一次后，細(xì)胞會(huì)經(jīng)歷兩次分裂，從而實(shí)現(xiàn)染色體數(shù)目的減半。這個(gè)過程是生物繁殖中非常重要的一環(huán)，也是我們接下來要深入學(xué)習(xí)的內(nèi)容。

在得出這一結(jié)論后，同學(xué)們提出了一個(gè)非常有趣的問題：在減數(shù)分裂過程中，染色體會(huì)復(fù)制一次，而細(xì)胞會(huì)發(fā)生兩次分裂，那么染色體中的DNA復(fù)制會(huì)發(fā)生在細(xì)胞分裂的哪個(gè)時(shí)間呢？

為了解答這個(gè)問題，我們一起進(jìn)行猜想：

猜想一是染色體的復(fù)制出現(xiàn)在第一次細(xì)胞分裂的期間，也就是細(xì)胞準(zhǔn)備進(jìn)入第一次分裂之前的階段。這樣假設(shè)下，染色體的復(fù)制將先于細(xì)胞的第一次分裂，確保每個(gè)子細(xì)胞都獲得完整的染色體數(shù)量。

猜想二是染色體的復(fù)制出現(xiàn)在第二次細(xì)胞分裂的間期，也就是細(xì)胞完成第一次分裂之后的階段。這樣假設(shè)下，染色體的復(fù)制將發(fā)生在細(xì)胞已經(jīng)分裂了一次后，確保每個(gè)子細(xì)胞都能夠獲得完整的染色體副本。

（減數(shù)分裂模擬實(shí)驗(yàn)操作與討論）

教師：同學(xué)們，現(xiàn)在我們要進(jìn)行一個(gè)有趣的模擬實(shí)驗(yàn)。請大家以同桌為單位，利用我提前準(zhǔn)備好的硬紙板、彩色筆、剪刀和塑料釘?shù)炔牧?，按照我接下來展示的步驟來操作。

（教師展示實(shí)驗(yàn)步驟和注意事項(xiàng)）

教師：請大家制作一對較大的染色體模型，涂上紅色和黑色，制作一對較小的染色體模型，同樣涂上紅色和黑色。

（學(xué)生開始制作染色體模型）

教師：制作好模型后，請大家以兩人一組的方式展開探究活動(dòng)。每位同學(xué)從自制的染色體模型中隨機(jī)抽取兩個(gè)染色體。在這里，我要特別強(qiáng)調(diào)一下同源染色體的概念。同源染色體是指形態(tài)和大小相同，但一個(gè)來自父方，另一個(gè)來自母方的染色體。請大家根據(jù)顏色和大小來區(qū)分你們手中的同源染色體。

（學(xué)生互相協(xié)作，區(qū)分同源染色體）

教師：現(xiàn)在，我們再次回到之前的問題：同源染色體分開發(fā)生在什么時(shí)候？姐妹染色單體分離又是在哪個(gè)時(shí)期發(fā)生的？請大家結(jié)合你們的猜想和實(shí)驗(yàn)結(jié)果來討論一下。

（學(xué)生展開討論）

學(xué)生1：我認(rèn)為如果姐妹染色單體在第一次分裂時(shí)就分開，這會(huì)導(dǎo)致基因分配的混亂，而且這種調(diào)控方式似乎不符合遺傳調(diào)控機(jī)制。

學(xué)生2：通過比較和觀察，我發(fā)現(xiàn)減數(shù)分裂過程中染色體會(huì)先進(jìn)行一次復(fù)制，然后細(xì)胞會(huì)經(jīng)歷兩次分裂。具體的順序應(yīng)該是染色體復(fù)制→第一次細(xì)胞分裂（同源染色體分開）→第二次細(xì)胞分裂（姐妹染色體分開）。

教師：確實(shí)，在減數(shù)分裂過程中，染色體首先會(huì)復(fù)制一次，然后細(xì)胞會(huì)經(jīng)歷兩次分裂，最終實(shí)現(xiàn)染色體數(shù)目減半。這個(gè)過程對于生物體的遺傳穩(wěn)定性和多樣性都至關(guān)重要。

（教師結(jié)合動(dòng)植物減數(shù)分裂過程的顯微圖片進(jìn)行詳細(xì)講解和展示，進(jìn)一步加深學(xué)生的理解）

三、研究減數(shù)分裂過程，歸納總結(jié)

為了進(jìn)一步加深學(xué)生對減數(shù)分裂的理解，我們進(jìn)行了一系列的活動(dòng)和討論。我們利用扭扭棒和磁體等構(gòu)建染色體模型，用于表示減數(shù)分裂的過程。

在實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生提出了自己的構(gòu)想，并通過補(bǔ)充和完善的方式共同完善減數(shù)分裂模型。

接著，我與學(xué)生一起比較教材中展示的精子形成過程圖示和他們自己構(gòu)建的減數(shù)分裂模型，發(fā)現(xiàn)了兩者之間的差異，并找到了問題的根源。通過思考和討論，我們最終成功構(gòu)建了一個(gè)完整的減數(shù)分裂模型。

四、采集動(dòng)植物材料，制作減數(shù)分裂裝片

實(shí)驗(yàn)操作課，不僅可以讓學(xué)生驗(yàn)證學(xué)者的發(fā)現(xiàn)，推導(dǎo)理論知識，還能讓學(xué)生在參與中培養(yǎng)觀察能力和動(dòng)手能力，實(shí)驗(yàn)的過程是相對枯燥的，需要學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)，小心操作各種實(shí)驗(yàn)設(shè)備，為此在教學(xué)過程中引入了各種學(xué)者發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象得出結(jié)論的小故事，發(fā)現(xiàn)學(xué)者身上不畏艱辛、嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的態(tài)度與科學(xué)品質(zhì)及敢于質(zhì)疑的科學(xué)精神。

為了讓學(xué)生更好地參與實(shí)踐，我們選擇了校區(qū)的花壇、草坪，采集各種動(dòng)植物的材料，讓學(xué)生通過固定—染色—壓片等，制作屬于自己的減數(shù)分類裝片，觀察其中的一個(gè)或者是多個(gè)時(shí)期的分裂圖片，并將其記錄下來，完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。

五、課后延伸

為了讓學(xué)生將今天的知識點(diǎn)牢牢地掌握，在課堂結(jié)束之前，我想給大家布置一個(gè)思考題，希望大家能夠在課后進(jìn)行深入的探討和研究。

在不考慮變異的情況下，一個(gè)原始生殖細(xì)胞可以產(chǎn)生多少個(gè)配子？這些配子又會(huì)呈現(xiàn)出多少種不同的類型呢？

六、教學(xué)反思

根據(jù)新課標(biāo)要求，為了創(chuàng)建高效生物課堂，我引導(dǎo)學(xué)生積極參與到課堂實(shí)踐中，并采用歸納概括、演繹推理等多種思維方式，為減數(shù)分裂實(shí)驗(yàn)的結(jié)果提供依據(jù)。同時(shí)，我認(rèn)同論證與建模是認(rèn)識科學(xué)本質(zhì)的思維方法，在設(shè)計(jì)中讓學(xué)生通過猜想和實(shí)驗(yàn)與教材結(jié)果進(jìn)行論證，有效拓展了學(xué)生的思維深度和廣度。為了打造高效生物學(xué)課堂，我創(chuàng)設(shè)了真實(shí)的問題場景，并結(jié)合各種實(shí)驗(yàn)材料，讓學(xué)生逐步深入地展開論證。學(xué)生可以以小組合作或同桌合作的形式加深對問題的思考。在課堂中，我引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)所學(xué)知識和實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行論證，鼓勵(lì)他們提出自己的猜想和假設(shè)，并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證和數(shù)據(jù)分析來支持或推翻這些猜想。學(xué)生將在小組合作中互相交流和討論，共同解決問題，從而提高學(xué)生的合作能力和批判性思維。通過這樣的教學(xué)方式，學(xué)生不僅加深了對減數(shù)分裂的理解，還培養(yǎng)了個(gè)人的科學(xué)思維和實(shí)驗(yàn)技能。

（作者單位：東營市河口區(qū)第一中學(xué)）

編輯：孫守春