双流中学 陈维

摘要：构建“细胞分裂”物理模型，模拟真核细胞有丝分裂和减数分裂的动态变化过程，不仅能加深学生对相关知识的理解，还能提高其动脑和动手能力，真正实现“在做中学”和“在学中做”相互融合。

关键词：细胞分裂；物理模型；构建模型

高中生物必修1指出：“物理模型就是以实物或图画形式直观地表达认识对象的特征。”[1]皮亚杰和早期布鲁纳的理论中已有建构的思想，美国教育家杜威提倡学生自主学习、重视培养学生的动手能力，而构建物理模型正是学生主动建构知识、动脑与动手相结合的过程，是一个“在做中学”和“在学中做”相互融合的过程，它不仅能帮助学生突破难点知识，更重要的是能促进学生认知水平的发展、有助于学生能力的培养。[2]

（一）确定原型、明确目标

细胞通过分裂进行增殖。真核细胞的分裂方式包括有丝分裂、无丝分裂和减数分裂。有丝分裂位于必修1《分子与细胞》第6章第1节，图6-3展示了植物细胞有丝分裂的过程。减数分裂位于必修2《遗传与进化》第2章第1节，图2-2展示了哺乳动物**的形成过程。这两幅图中染色体的变化即为构建物理模型的原型。

《普通高中生物课程标准（实验）》（以下简称《课程标准》）对有丝分裂和减数分裂的要求分别是：“观察细胞的有丝分裂并概述其过程。”“阐明细胞的减数分裂并模拟分裂过程中染色体的变化。”可见，描述两种分裂方式的过程及分裂时染色体的行为至关重要，通过构建物理模型来模拟染色体的动态变化过程能真正突破该难点，也能调动学生的主观能动性，使其在活动中内化知识之间的联系。

（二）依据原型、准备材料

为使模型经久耐用，同学们选择木板为主材。为体现构建模型的环保原则，同学们纷纷主动要求提供原材料。同学A将家里装修时剩余的木板锯成规整的长方形，用于模拟植物细胞。同学B搜集冰棍里的木片，洗净后用于模拟染色体。同学C提供自己画水彩用的颜料、姐姐修磨指甲用的打磨抛光棒。同学D提供刻刀、锯片、胶水、小磁铁、铁钉、榔头等用具。

（三）小组合作、构建模型

构建模型需要小组同学相互协作、共同完成，小组由四名成员组成，构建模型的具体过程如下。

1.精读教材，画图建模

每名同学先将必修1第6章第1节“细胞的增殖”和必修2第2章第1节“减数分裂和受精作用”精读2遍，再在草稿纸上画出含2对同源染色体的细胞进行有丝分裂和减数分裂的过程图，然后在组长的带领下，小组成员围绕图像展开讨论、互相纠错、共同完善，教师在旁聆听并适时给予必要的指导。

构建的图像模型应体现如下过程。

①有丝分裂前期，细胞内的4条含姐妹染色单体的染色体散乱分布；中期，4条染色体的着丝点整齐地排列在细胞中央赤道板平面上；后期，着丝点裂开、姐妹染色单体分开，细胞内含8条染色体。

②减数第一次分裂前期，2对同源染色体联会、形成2个四分体；中期，2对同源染色体整齐地排列在赤道板两侧；后期，同源染色体分离开、分别移向细胞两极。

③减数第二次分裂前期，细胞内的2条含姐妹染色单体的非同源染色体散乱分布；中期，2条非同源染色体的着丝点排列在赤道板上；后期，着丝点裂开、姐妹染色单体分开，细胞内含4条染色体。

2.据图讨论，确定方案

组长组织组内成员根据以上图像模型对实物模型的制作方案展开讨论，结果如下（见下图）：①用长短不同的“染色体木片”代表非同源染色体，其中木片4根较长、4根较短；用不同的颜色表示染色体的来源不同，其中4根蓝色木片（两长两短）表示该染色体来自父方，4根红色木片（两长两短）表示该染色体来自母方。②用磁铁代表着丝点，每根“染色体木片”的中部粘贴一个磁铁，长度和颜色均相同的木片可以通过磁铁相互吸引，表示含有姐妹染色单体的一条染色体，拆开磁铁可表示着丝点分裂、两条姐妹染色单体分开成为两条子染色体的过程。③由于模拟植物细胞的背景木板较厚且磁铁的吸力有限，若利用位于木板背面的磁铁的引力来牵引正面的“染色体木片”移动非常容易脱落，故同学们决定在背景木板上刻出纺锤形的移动轨道，又由于有丝分裂中期着丝点排列在赤道板平面上，还需在背景木板中央刻出该平面位置。④为使“染色体木片”在“细胞背景木板”的轨道上自由移动而不脱落，采用边长略大于轨道宽度的方木块衬于背景木板后，通过小铁钉将“染色体木片”与方木块连接起来。

“细胞分裂”物理模型的制作方案

3.小组合作，动手建模

在组长的组织下，小组四名成员分为两组，第一组负责“细胞背景木板”，第二组负责“染色体木片”。第一组同学先将木板锯成约30cm×40cm的长方形，再用铅笔在木板上描画出纺锤形和赤道板平面的移动轨道，然后两人互相配合、用刻刀和锯子等沿笔迹刻出移动轨道。第二组同学先用铅笔在冰棍木片上描画出染色体形态，再用刻刀刻制，然后用打磨抛光棒将边缘打磨光滑，最后在每根木片中央粘贴磁铁。两组分别完成任务后，大家共同完成安装工作，即用小铁钉将正面的“染色体木片”与背面的方木块连接起来，这样“染色体”就能沿着轨道在“细胞”里移动了。

（四）展示模型、组内互评

小组四名成员共同为全班同学展示模型，同学A负责全程语言讲解，同学B负责展示有丝分裂分裂期，同学C和D分别展示减数第一次分裂和减数第二次分裂的分裂期。展示模型时，同学A首先描述有丝分裂和减数分裂的概念及区别，再解释分裂间期细胞中的主要变化即进行DNA的复制和有关蛋白质的合成，然后同学B、C、D依次出场用实物模型构建出有丝分裂和减数分裂分裂期细胞中染色体的动态变化过程（见下图），同学A同时进行语言讲解，最后针对其他同学的提问，小组成员一一解答。

“细胞分裂”物理模型的展示过程

共同展示模型后，小组四名成员完成评价量表（见下表），对在构建物理模型的活动中自己、队友的表现进行评价。小组成员填完后，由教师进行评价和总结。

小组合作构建“细胞分裂”物理模型的评价表

（五）反思及建议

通过小组合作构建的“细胞分裂”物理模型，具有以下优点：①形象地展示出有丝分裂和减数分裂的动态变化过程；②直观地展示出姐妹染色单体、着丝点、子染色体的变化；③使同源染色体、非同源染色体等概念具体化，更易辨识；④该模型能反复使用，帮助学生加深对有丝分裂和减数分裂异同点的理解。当然，该模型也有一定的局限性，如模型未能表现出染色质与染色体的区别和染色体的化学组成，也未能表示分裂末期植物细胞板的形成及细胞质的分裂过程等。

在构建模型的活动中，往往需要进行观察、归纳和演绎，需要运用已有知识进行假设和模拟，将头脑中抽象的概念具体化、形象化；通过亲身参与这样的活动，学生在探索思考中可以体会到模型建构的方法，获得成功的喜悦，才可能将模型方法内化为认知图式，获得认知水平上的提升。然而，模型并不是一成不变的，而是带有试探性和创新性的。模型是发展变化的，这也决定了构建模型的过程必须经过思维的碰撞、认知的结合、结果的反馈等，才能在发展中不断完善。

参考文献

[1]朱正威，赵占良.生物1·必修·分子与细胞[M].北京：人民教育出版社，2007.

[2]蒋丹.模型与模型建构在高中生物学教学中的价值[J].生物学教学，2010，35（12）.