陳 國

(浙江省慈溪中學(xué) 315300)

1 教材分析與設(shè)計思路

浙科版“細胞的增殖”一節(jié)的內(nèi)容由細胞周期與有絲分裂2個知識塊組成[1]。其中“有絲分裂染色體的行為變化”是本節(jié)教學(xué)的重點與難點。傳統(tǒng)教學(xué)常采用多媒體動畫輔助的方法增強直觀性，但學(xué)生的學(xué)習(xí)仍未脫離“視覺灌輸”的被動狀態(tài)。筆者嘗試通過模型建構(gòu)進行教學(xué)，根據(jù)物理模型、數(shù)學(xué)模型、概念模型的不同功能[2]，圍繞“有絲分裂染色體行為變化”這一教學(xué)重難點，以“靜態(tài)細胞圖像的觀察排序—動態(tài)物理模型的制作使用—抽象數(shù)學(xué)模型的建構(gòu)分析—生物概念模型的總結(jié)提煉”的流程作為教學(xué)主線，從靜態(tài)模型到動態(tài)模型，從實物模型到數(shù)學(xué)模型，循序漸進地讓學(xué)生主動參與知識的構(gòu)建，突顯學(xué)生的主體地位，培育生物學(xué)科的核心素養(yǎng)。

2 教學(xué)目標

依據(jù)課程標準并圍繞培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的要求制訂了如下教學(xué)目標：

(1) 通過對有絲分裂遺傳物質(zhì)變化規(guī)律的認識，理解生命的延續(xù)和發(fā)展，領(lǐng)悟生命的運動性，形成事物發(fā)展變化過程中由量變到質(zhì)變的唯物辯證觀；通過有絲分裂各時期的比較分析，初步形成結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)、生命多樣性與統(tǒng)一性的生命觀念。

(2) 通過制作并使用有絲分裂染色行為變化的動態(tài)模型，學(xué)習(xí)應(yīng)用模型建構(gòu)研究問題；通過洋蔥根尖永久裝片的觀察比較與數(shù)理統(tǒng)計，分析有絲分裂過程中染色體和DNA數(shù)目的變化規(guī)律，學(xué)習(xí)選擇、鑒別、運用信息；通過數(shù)學(xué)模型的建構(gòu)，體驗由具體到抽象的思維模式轉(zhuǎn)化。

(3) 通過“觀察細胞的有絲分裂”的實驗活動，結(jié)合微課視頻獲取信息，尋找證據(jù)，對真核細胞有絲分裂的過程作出猜想，并通過“模型建構(gòu)”檢驗假設(shè)和發(fā)現(xiàn)規(guī)律，培養(yǎng)科學(xué)探究能力。

(4) 利用細胞增殖的相關(guān)知識，分析或探討影響細胞增殖的因素，嘗試提出健康生活和關(guān)愛生命的合理化建議。

3 教學(xué)過程

3.1 靜態(tài)細胞圖像的觀察排序——建立有絲分裂細胞周期概念 將教材106頁實驗活動“觀察細胞的有絲分裂”前置，同時開放實驗室，提供洋蔥根尖細胞有絲分裂的永久裝片和植物細胞有絲分裂的微視頻，讓學(xué)生課前開展實驗探究活動和自主性學(xué)習(xí)。為使探究活動既具較強的指向性和操作性，教師設(shè)計明確的問題任務(wù)： ①觀察洋蔥根尖永久裝片，找出有絲分裂不同時相圖(圖1)，選擇典型的細胞圖像進行顯微攝影；②結(jié)合微課視頻，對所選細胞圖像按細胞周期進行時間排序，并簡述排序理由；③利用Excel軟件對不同時期的細胞數(shù)目進行統(tǒng)計分析，猜想統(tǒng)計數(shù)據(jù)與細胞周期不同時期時長的關(guān)系。上課時教師檢測和評價學(xué)生探究活動的成果，并引導(dǎo)學(xué)生基于實驗數(shù)據(jù)，一起建構(gòu)細胞周期的概念。

圖1 有絲分裂細胞時相

設(shè)計意圖： 細胞圖像排序與數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析等探究活動，為發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維提供了良好的學(xué)習(xí)支架，有利于培養(yǎng)學(xué)生收集、處理、解釋數(shù)據(jù)以及邏輯推理等能力；基于實驗數(shù)據(jù)作出推測，形成細胞周期概念，實現(xiàn)實驗教學(xué)與概念教學(xué)的有效鏈接。

3.2 動態(tài)物理模型的制作使用——還原有絲分裂染色體行為的變化過程 教師提供毛根鐵絲和帶孔磁環(huán)，并布置學(xué)生活動任務(wù)： ①以小組為單位，利用毛根鐵絲和帶孔磁環(huán)制作染色體物理模型(毛根鐵絲代表染色體的臂，帶孔磁環(huán)代表染色體的著絲粒)；②白板代表植物細胞，小組成員利用染色體模型模擬植物細胞有絲分裂的動態(tài)過程。教師指導(dǎo)學(xué)生完成模型制作和相應(yīng)的活動任務(wù)后，學(xué)生代表上臺展示有絲分裂染色體的行為變化(圖2)。師生一起還原有絲分裂染色體行為變化的動態(tài)過程，并驗證“學(xué)生活動1”的猜想是否合理。

圖2 學(xué)生制作的模擬有絲分裂過程的染色體模型

設(shè)計意圖： 通過開展模型建構(gòu)活動，既充分還原有絲分裂染色體行為的動態(tài)過程，有利于突破教學(xué)難點，又能培養(yǎng)學(xué)生實踐操作與模型建構(gòu)能力，有助于發(fā)展學(xué)生的理性思維與科學(xué)探究能力。

3.3 抽象數(shù)學(xué)模型的建構(gòu)分析——表觀有絲分裂染色體和DNA的數(shù)量變化 教師布置學(xué)生活動任務(wù)和思考問題： ①以二倍體生物(2n=8)為例，建立坐標系，以曲線的形式表示有絲分裂染色體和DNA的數(shù)量變化；②根據(jù)坐標曲線，說明染色體、DNA數(shù)量為什么會發(fā)生變化；③根據(jù)曲線中染色體、DNA數(shù)量的前后變化，說明有絲分裂在生命活動中的重要意義；④細胞周期異常可產(chǎn)生癌細胞，請你結(jié)合坐標曲線，從數(shù)量變化角度，談?wù)勀男┥钜蛩厝菀滓l(fā)細胞周期異常？這對我們的生活有何啟示。在學(xué)生嘗試完成任務(wù)①后，請學(xué)生代表展示結(jié)果，引導(dǎo)學(xué)生通過曲線的形式表觀有絲分裂染色體和DNA的數(shù)量變化，據(jù)此分析有絲分裂的意義，探討影響細胞增殖的因素，從而深層次地揭示有絲分裂的過程與實質(zhì)，以及和健康、生活的關(guān)聯(lián)性。

設(shè)計意圖： 引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建數(shù)學(xué)模型，有利于培養(yǎng)透過事物現(xiàn)象揭示其本質(zhì)特性的洞察力以及簡約嚴密的思維品質(zhì)，體驗由具體到抽象的思維模式轉(zhuǎn)化；引導(dǎo)學(xué)生參與癌癥防治相關(guān)議題的討論，指導(dǎo)學(xué)生在現(xiàn)實生活背景中學(xué)習(xí)生物學(xué)，是培養(yǎng)學(xué)生社會責(zé)任感的重要途徑。

3.4 生物概念模型的總結(jié)提煉——構(gòu)建細胞增殖的知識體系 讓學(xué)生以1條染色體為例，串聯(lián)細胞周期、G1期、S期、G2期、前期、中期、后期、末期、染色體、染色單體、DNA、著絲粒、細胞板等關(guān)鍵詞，通過小組合作，以圖文結(jié)合的形式構(gòu)建細胞增殖的概念圖解。之后請學(xué)生代表分析所構(gòu)建概念圖解(圖3)的邏輯關(guān)系，師生共同構(gòu)建細胞增殖的知識體系，達到學(xué)習(xí)進階之目的。

圖3 細胞增殖的概念圖解

設(shè)計意圖： 以圖文結(jié)合的概念圖解形式，通過“合作構(gòu)建—代表展示”的方式，既高度整合了本節(jié)的核心概念與基礎(chǔ)知識，又幫助學(xué)生厘清了其內(nèi)在的邏輯聯(lián)系與層級關(guān)系，從而有效建構(gòu)細胞增殖的知識網(wǎng)絡(luò)。

4 教學(xué)反思

本節(jié)教學(xué)從有絲分裂顯微照片的時軸排序過渡到分裂過程的動態(tài)假設(shè)，之后通過制作并使用染色體模型加以驗證，再通過基于數(shù)學(xué)模型建構(gòu)的活動設(shè)計，讓學(xué)生嘗試著從物理模型到抽象概括轉(zhuǎn)換，這樣的教學(xué)設(shè)計隱藏著科學(xué)研究的基本方法與思路。這不僅能使學(xué)生運用已有的知識、證據(jù)和邏輯對有絲分裂過程展開論證，而且能領(lǐng)悟模型建構(gòu)是科學(xué)研究的重要方法。

從物理模型的動態(tài)模擬到數(shù)學(xué)模型的抽象概括，盡管學(xué)生已初步完成了“細胞的增殖”核心知識的學(xué)習(xí)，但學(xué)生習(xí)得的知識內(nèi)容仍處于碎片化狀態(tài)。為有效解決這一問題，最后通過概念模型來結(jié)織細胞增殖的知識網(wǎng)絡(luò)。

為克服多媒體動畫轉(zhuǎn)瞬即逝的弊端，本節(jié)教學(xué)利用毛根鐵絲和帶孔磁環(huán)制作染色體模型還原有絲分裂的動態(tài)過程，高度關(guān)注教學(xué)過程中學(xué)生的實踐經(jīng)歷和動手操作，讓學(xué)生親自體會有絲分裂的動態(tài)性與連續(xù)性，實現(xiàn)抽象概念和復(fù)雜規(guī)律直觀化、具體化。

(基金項目：浙江省教育科學(xué)規(guī)劃2017年度研究課題“基于核心素養(yǎng)發(fā)展的高中生物實驗教學(xué)策略研究”，No.2017SC161)