【摘要】模型構(gòu)建是生物學(xué)核心素養(yǎng)“科學(xué)思維”中重要的思維方法。人教版高中生物學(xué)教材必修2第2章第1節(jié)第一課時(shí)“減數(shù)分裂”內(nèi)容抽象，染色體變化過程復(fù)雜，是學(xué)生學(xué)習(xí)的難點(diǎn)。本教學(xué)設(shè)計(jì)利用卡紙模擬染色體，對“減數(shù)分裂”過程進(jìn)行模型建構(gòu)，在幫助學(xué)生解決重難點(diǎn)的同時(shí)，培養(yǎng)了學(xué)生的“科學(xué)思維”生物學(xué)核心素養(yǎng)。

【關(guān)鍵詞】模型構(gòu)建；減數(shù)分裂；教學(xué)設(shè)計(jì)

《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱新課標(biāo)）中提出“科學(xué)思維”是高中生物學(xué)課程培養(yǎng)的核心素養(yǎng)之一，模型建構(gòu)是高中生需要掌握的重要科學(xué)思維方法。建模教學(xué)（Modeling Teaching）是20世紀(jì)80年代在美國發(fā)展起來的一種教學(xué)方法，它可以解決傳統(tǒng)的“講授—示范”教學(xué)方法的很多問題，例如知識之間的割裂、學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性不高等。

一、教學(xué)設(shè)計(jì)說明

“減數(shù)分裂”一節(jié)內(nèi)容涉及的概念大都抽象難懂，因此借助模型將抽象概念具體化，學(xué)生學(xué)習(xí)時(shí)便會(huì)容易許多?！敖p數(shù)分裂中染色體變化的模型”是“減數(shù)分裂”中的一個(gè)重要模型建構(gòu)，可以說“減數(shù)分裂”是“有絲分裂”知識的延伸，學(xué)好“減數(shù)分裂”不但能為學(xué)好孟德爾分離定律和自由組合定律等遺傳定律的細(xì)胞學(xué)打下基礎(chǔ)，還為后續(xù)學(xué)習(xí)基因突變和基因重組等知識做好鋪墊，可見“減數(shù)分裂”內(nèi)容對遺傳和變異概念的理解有著極其重要的作用。

目前建構(gòu)的模型已有較多形式，如毛線模型、軟磁鐵模型、撲克牌模型，以及橡皮泥模型等。與以上模型相比，本文提出的相對較新穎的手工卡紙減數(shù)分裂模型，所用材料易獲得、操作簡單。在教師的指導(dǎo)下，學(xué)生通過動(dòng)手制作染色體模型模擬細(xì)胞減數(shù)分裂的關(guān)鍵過程，使學(xué)習(xí)充滿樂趣，從而自主建構(gòu)知識，突破教學(xué)重難點(diǎn)，理解遺傳概念，掌握模型建構(gòu)的科學(xué)思維。

二、學(xué)情分析

學(xué)生通過高中生物學(xué)必修1的學(xué)習(xí)，對有絲分裂過程中染色體的行為變化有一定的理解，對細(xì)胞分裂過程中的相關(guān)概念，如有絲分裂、著絲點(diǎn)、姐妹染色單體、赤道板、中心體、紡錘體、細(xì)胞板等概念也有較為準(zhǔn)確的認(rèn)知，并掌握了染色體、染色單體、DNA的數(shù)量判斷方法，以及上述三者變化規(guī)律的數(shù)學(xué)模型建構(gòu)方法，這為學(xué)習(xí)減數(shù)分裂奠定了基礎(chǔ)。

三、教學(xué)目標(biāo)

目標(biāo)一：理解減數(shù)分裂次數(shù)、DNA復(fù)制時(shí)間、染色體行為等環(huán)節(jié)，提升科學(xué)思維水平，學(xué)習(xí)科學(xué)家不懈努力和奉獻(xiàn)科研的精神。

目標(biāo)二：運(yùn)用手工卡紙完成減數(shù)分裂模型的構(gòu)建，培養(yǎng)學(xué)生的建模思維，使學(xué)生形成結(jié)構(gòu)與功能觀。

目標(biāo)三：通過對“減數(shù)分裂產(chǎn)生染色體減半，形成配子類型多樣”的學(xué)習(xí)，進(jìn)一步結(jié)合受精作用使體細(xì)胞染色體數(shù)目恢復(fù)的原理，理解減數(shù)分裂在生物進(jìn)化和物種多樣性方面的重要意義，形成進(jìn)化與適應(yīng)觀。

四、減數(shù)分裂手工卡紙模型的制作

1.材料準(zhǔn)備

實(shí)驗(yàn)材料：手工卡紙（兩種不同顏色）、細(xì)線（兩種不同顏色）、剪刀、鉛筆、橡皮、圓規(guī)、量尺、大頭針、泡沫板（A4紙大?。┑取?/p>

2.制作模型及構(gòu)建減數(shù)分裂過程

（1）制作模型。

①制作染色質(zhì)模型。具體操作如下：用剪刀將黃色的細(xì)線裁剪成長度為3cm與5cm的2條細(xì)線，拿剪刀將藍(lán)色的細(xì)線裁剪成長度為3cm與5cm的2條細(xì)線，用這4條細(xì)線來表示染色質(zhì)模型。

②制作染色（單）體模型。具體操作如下：取一張黃色手工卡紙平均對折，在其中的一面畫下長度2cm的細(xì)線，然后用剪刀剪下作為一條黃色染色（單）體模型。以得到的這條模型作為模板，繼續(xù)在黃色手工卡紙上畫出相同的模型，并用剪刀剪下，一共要得到30條（長度4cm）相同的黃色染色（單）體模型。再取一張藍(lán)色手工卡紙平均對折，在其中的一面畫下的細(xì)線長度4cm的細(xì)線，以同樣的方法一共要得到30條（長度6cm）相同的藍(lán)色染色（單）體模型。按照上面的方法，再得到顏色（藍(lán)色）相同、但長度不同（4cm和6cm）的染色體模型各30條。

（2）構(gòu)建減數(shù)分裂過程（以2n＝4為例）。

①減數(shù)第一次分裂間期。準(zhǔn)備一塊白色泡沫板（A4紙大?。涸谏厦娈嬕粋€(gè)足夠大的初級精母細(xì)胞的輪廓，并適當(dāng)畫上紡錘體、中心體等結(jié)構(gòu)，使模型更加直觀。大小能夠容納所做的4條染色質(zhì)模型。接著把前面四條裁剪好的細(xì)線（染色質(zhì)模型）用大頭針處理后，隨意放在泡沫板上的間期細(xì)胞內(nèi)，呈現(xiàn)復(fù)制前的染色質(zhì)狀態(tài)。

②減數(shù)第一次分裂。取4塊白色泡沫板（A4紙大?。?，分別在上面畫足夠大的前期、中期、后期、末期的細(xì)胞輪廓，并適當(dāng)畫上紡錘體、中心體等結(jié)構(gòu)，使模型更加直觀，大小能夠容納2對染色體模型。接著將前面得到的其中2對（長度相同、顏色不同，黃色代表父方，藍(lán)色代表母方）染色體模型用大頭針處理后，放在泡沫板上的前期、中期、后期、末期細(xì)胞內(nèi)。

③減數(shù)第二次分裂。建構(gòu)過程與減數(shù)第一次分裂各時(shí)期有相似之處，但也有區(qū)別，由于減數(shù)第二次分裂無分裂間期，減數(shù)第二次分裂前期細(xì)胞圖與減數(shù)第一次末期細(xì)胞圖相似。

五、教學(xué)過程

教師個(gè)人依據(jù)所帶班級數(shù)量提前準(zhǔn)備相關(guān)資料、材料與用具，教學(xué)時(shí)將全班學(xué)生分為3～5組，每組一套制作染色體模型的材料。

1.回顧有絲分裂相關(guān)知識并導(dǎo)入減數(shù)分裂

教師提問：圖1中①所示受精卵發(fā)育成個(gè)體過程中，細(xì)胞是以什么方式來進(jìn)行增殖的？學(xué)生討論、回答后，教師繼續(xù)提問：在有絲分裂過程中細(xì)胞分裂幾次？染色體復(fù)制幾次？染色體的數(shù)目和行為發(fā)生了哪些變化？學(xué)生討論、回顧有絲分裂相關(guān)知識。接著，教師繼續(xù)提問學(xué)生：圖1中②精子或卵細(xì)胞染色體數(shù)目減半的現(xiàn)象是通過哪種分裂方式進(jìn)行的？還是有絲分裂嗎？這時(shí)學(xué)生能初步聯(lián)系到減數(shù)分裂。這時(shí)再繼續(xù)拋出問題：減數(shù)分裂的具體過程是怎樣的呢？

通過一系列問題，引導(dǎo)學(xué)生從有絲分裂內(nèi)容過渡到減數(shù)分裂內(nèi)容，具有較強(qiáng)的邏輯關(guān)聯(lián)性。

2.以精子的形成過程建構(gòu)減數(shù)分裂模型

教師以精子的形成過程為例，在教學(xué)中先展示完整的精子形成過程，讓學(xué)生對減數(shù)分裂有一個(gè)整體印象，然后有步驟、有針對性地開啟建模教學(xué)的內(nèi)容。

（1）減數(shù)第一次分裂建模過程。

①明確活動(dòng)目的。教師利用多媒體展示減第一次分裂過程圖片，并講解具體制作手工卡紙染色體模型的過程。接著要求各小組運(yùn)用課前發(fā)放的材料制作模型模擬減數(shù)第一次分裂各個(gè)時(shí)期的發(fā)生過程。學(xué)生認(rèn)真傾聽模型建構(gòu)要求并準(zhǔn)備建構(gòu)模型。

②分工合作。教師進(jìn)一步建議各小組成員可根據(jù)材料來建構(gòu)模型，但需注意以下幾點(diǎn)要求：一是各小組成員可分工合作，比如用畫圖，剪紙等任務(wù)進(jìn)行分工；二是制作過程中應(yīng)能靈活方便地展示同源染色體的聯(lián)會(huì)、四分體等現(xiàn)象；三是各小組需將減數(shù)第一次分裂各個(gè)時(shí)期的模型都制作出來，并將各時(shí)期的靜態(tài)模型按次序排列來展示一個(gè)完整過程。學(xué)生可按照教師的建議和要求進(jìn)行分工合作。

③建構(gòu)模型。教師根據(jù)之前展示的圖片，再次介紹減數(shù)第一次分裂過程，并引導(dǎo)學(xué)生開始建模。在建模過程中，教師在各個(gè)小組間巡回指導(dǎo)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)學(xué)生在建模時(shí)可能遇到的困難，并適當(dāng)?shù)亟o出解決建議。學(xué)生按要求分小組開始建構(gòu)減數(shù)第一次分裂模型。

④檢驗(yàn)并評價(jià)。教師根據(jù)學(xué)生建?；顒?dòng)完成的情況后，邀請兩組成員展示并講解小組的模型。接著再請其他小組成員對展示和講解過程中可能出現(xiàn)的錯(cuò)誤或表述不當(dāng)之處進(jìn)行評價(jià)。待學(xué)生互評完畢后，教師對兩組成員的模型進(jìn)行總結(jié)性評價(jià)。教師在評價(jià)過程中要重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)學(xué)生容易理解錯(cuò)誤的幾個(gè)概念，比如同源染色體、四分體、聯(lián)會(huì)等；以及減數(shù)第一次分裂后期，由于同源染色體分開，非同源染色體自由組合，這樣可能會(huì)出現(xiàn)哪些組合類型等。兩小組成員分別展示并使用模型闡述減數(shù)第一次分裂過程，其他小組成員觀看、聆聽并對比自己小組的模型。學(xué)生討論評價(jià)已展示模型的優(yōu)缺點(diǎn)。

⑤歸納及總結(jié)。教師根據(jù)各小組成員的成果，引導(dǎo)學(xué)生思考減數(shù)第一次分裂過程與之前所學(xué)有絲分裂過程的異同點(diǎn)，并對減數(shù)第一次分裂建模過程進(jìn)行總結(jié)。學(xué)生再次對比教師之前展示的減數(shù)第一次分裂圖片及自己小組的成果，嘗試歸納減數(shù)第一次分裂和有絲分裂的異同點(diǎn)。

（2）減數(shù)第二次分裂建模過程。

教師展示減數(shù)第二次分裂過程圖片，學(xué)生再按照上述教學(xué)內(nèi)容逐步來進(jìn)行建模過程即可，最后同樣歸納減數(shù)第二次分裂和有絲分裂的異同點(diǎn)，教師再進(jìn)行總結(jié)。

通過建模及對比、歸納來認(rèn)識減數(shù)分裂和有絲分裂過程，并從中概括出減數(shù)分裂的概念，掌握模型建構(gòu)的科學(xué)思維方法。

六、教學(xué)反思

手工卡紙材料容易獲得，個(gè)別學(xué)生會(huì)出現(xiàn)浪費(fèi)材料（卡紙）的現(xiàn)象?？埬芮逦卣故靖鱾€(gè)時(shí)期染色體的數(shù)目及特點(diǎn)，但減數(shù)分裂過程中出現(xiàn)的交叉互換現(xiàn)象，是手工卡紙不能體現(xiàn)出來的。在建模過程中，由于個(gè)別學(xué)生動(dòng)手能力、分工合作的能力都不夠強(qiáng)，對同源染色體這一概念理解不深刻，用了長度、顏色都相同的一對染色體模型來代表一對同源染色體，這其實(shí)是錯(cuò)誤的。因此在進(jìn)行建模教學(xué)前，教師有必要提前對各小組組長進(jìn)行培訓(xùn)、強(qiáng)化課前預(yù)習(xí)等的作用來提高課堂效率。

由于建構(gòu)模型時(shí)任務(wù)較大，減數(shù)分裂過程中染色體、染色單體和ＤＮＡ數(shù)目變化這一重要內(nèi)容可放在卵細(xì)胞的形成過程中讓學(xué)生學(xué)習(xí)和掌握。教師可適當(dāng)布置跟本節(jié)內(nèi)容有關(guān)的作業(yè)，為后續(xù)學(xué)習(xí)卵細(xì)胞的形成過程打下基礎(chǔ)。

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