核心素养下的模型构建法教学探索——以“细胞分裂”为例

王平海 张登华

摘要 模型构建法是科学研究中认识微观世界和抽象事物的常用方法。《普通高中生物学课程标准（2017年版）》提出“教学过程重实践”“内容聚焦大概念”的教学理念，而模型构建法正是实现这一理念的关键一环。

关键词：核心素养 模型构建 细胞分裂 染色体

1.背景分析

“细胞分裂”是高中生物学的一个大概念，几乎涉及高中生物课的所有内容，学好细胞分裂的知识对于学生提高核心素养，深入学习生物学的其他内容至关重要。细胞分裂中染色体的变化规律非常抽象，特别是减数分裂，容易与有丝分裂的过程混淆，同时又和遗传变异联系密切，学起来难度很大。本文采用模型构建的方法将有丝分裂、减数分裂和遗传变异的规律联系起来，变抽象为具体，大大降低了学生学习的难度，培养了学生科学探究、科学思维、动手实践的能力，加深了对细胞分裂和遗传变异规律的认识和理解，体现了生物学科核心素养的要求，取得了很好的教学效果。

2.教学目标

（1）制作模型，培养学生的动手能力，加深对染色体、染色单体、同源染色体、非同源染色体、中心体等核心概念的认识。

（2）模拟有丝分裂和减数分裂的过程， 加深对细胞分裂过程中染色体变化规律的认识，并通过比较掌握区分有丝分裂和减数分裂图像的方法。

（3）模拟精子和卵细胞产生的过程，理解其区别，掌握细胞图的完整判定方法。

（4）模拟减数分裂中非同源染色体自由组合的过程，让学生在游戏式的探究活动中认识非同源染色体的自由组合对配子种类的影响并自主归纳出n对同源染色体时产生配子种类的计算公式。

（5）模拟减数分裂中四分体时期非姐妹染色单体间的互换，让学生体验染色体互换对配子种类的影响。

（6）将基因附着在染色体上模拟减数分裂过程，让学生体验分离定律和自由组合定律的实质，将减数分裂和遗传定律联系起来，为后续遗传变异规律的深入学习打下基础。

3. 教学重点：模拟减数分裂中染色体的变化规律

4. 教学难点：将减数分裂和有丝分裂、遗传变异规律联系起来

5. 教学实施过程

5.1模型构建

5.1.1材料选择和准备：a选择废弃的硬纸片或泡沫板等简易材料来制作染色体。优点：材料易得，经济环保。让学生裁剪出染色体，锻炼学生的动手能力，加深对染色体形态的认识。b用圆铁片和剪碎的磁条粘贴在染色体上做着丝粒。优点：材料简单易得，这样制作的染色体可以吸附在黑板上，也很容易取下来移向两极，可以模拟染色体分离的过程。再者，姐妹染色单体可以吸在一块，也可以分开，可以模拟着丝粒分裂的过程。这样我们就可以模拟有丝分裂和减数分裂的整个过程，不需要重复制作模具。c.用废旧的电线模拟细胞膜。优点：可以模拟细胞质的均等分裂和不均等分裂，展示精子和卵细胞形成过程的区别。d.用垂直吸附在一块的两个短磁条粘上一些细铜丝模拟中心体，可以更完整的展示细胞分裂的要素，并且这样的中心体可以吸附在黑板上，容易移动和改变方向。

5.1.2模型制作:提前安排学生剪好染色体，固定好着丝粒，涂好颜色；提前购买一些磁吸式小黑板，便于上课时分组合作。

下
面是我们制作模型用到的一些简易工具、材料和制作好的染色体、细胞膜、中心体等模型。（图1）

设计意图 所谓“教学过程重实践”就是要让学生动手体验，参与其中，既培养动手能力，又能加深对模型中相关要素的认识，提高学习兴趣。

5.2模拟细胞分裂，实施教学

5.2.1模拟减数分裂和有丝分裂的过程

模拟减数分裂和有丝分裂的过程，可以分组合作，相互交流，注意引导学生比较两种过程中染色体变化的区别，归纳出细胞分裂方式的判定方法。下面是我们模拟减数分裂和有丝分裂的部分图像。（图2）

设
计意图 高考对细胞分裂的考查是综合性考查，不会仅考查哪一种分裂方式，而是两种方式综合到一块考查，将有丝分裂和减数分裂过程一起模拟探究，有助于学生对两种分裂方式的比较学习。

5.2.2模拟比较精子和卵细胞产生过程的区别

利用废旧电线制作的细胞膜模型模拟精子和卵细胞产生过程中细胞质的均等分裂和不均等分裂。下面是我们模拟精子和卵细胞产生过程的部分图像。（图3）

设计意图 准确判定细胞图是《普通高中生物学课程标准（2017年版）》对学科素养的重要考查，而区别精子与卵细胞形成过程正是实现这一目标的重要一环。模拟细胞质的均等分裂和不均等分裂，学生能更直观的感受精子和卵细胞形成过程的区别。

5.2.3模拟减数分裂中非同源染色体的自由组合

模拟减数分裂中同源染色体分离和非同源染色体自由组合的过程，提醒学生注意观察和思考，可以由两对逐渐增加到多对，进而引导学生总结出n对同源染色体时可以产生配子种类的计算公式。下面是我们模拟探究的部分图像。（图4）

设计意图 “同源染色体分离，非同源染色体自由组合”是减数分裂的重要特征，也是减数分裂和有丝分裂的显著区别，决定了配子中染色体组合的多样性，是分离定律和自由组合定律的细胞学基础，在整个必修2的学习中具有至关重要的作用。利用模型建构的方法把抽象的内容具体化、形象化，让学生在模拟探究中找到规律，理解掌握核心概念，体现 “教学过程重实践”的教学理念。

5.2.4模拟减数分裂中四分体时期非姐妹染色单体间的互换

模拟减数分裂中四分体时期非姐妹染色单体间的互换，提醒学生注意观察和思考，理解染色体互换对配子种类的影响。下面是我们模拟探究的部分图像。（图5）

设计意图 四分体时期非姐妹染色单体间的互换是生物变异中基因重组的重要内涵，也是减数分裂产生配子种类数增加的一个重要因素，对于理解第三条遗传规律——“连锁与交换定律”具有重要意义。通过模型展示让学生更直观地感受染色体互换对配子种类的影响。

5.2.5将基因附着在染色体上模拟减数分裂过程

将基因附着在染色体上再次模拟减数分裂过程，注意让学生观察等位基因和非等位基因随染色体的移动而发生的变化，讨论并总结孟德尔遗传规律的实质。下面是我们模拟探究的部分图像。（图6）

设计意图 减数分裂中同源染色体分离和非同源染色体自由组合是分离定律和自由组合定律的细胞学基础，将二者联合起来才能真正理解孟德尔遗传定律的实质，从而形成一个完整的知识体系。利用模型构建的方法正是实现这一目标的最佳方式，体现了“内容聚焦大概念”的必然要求。

5.3归纳总结，提炼升华

最后让学生展示模拟实验的结果，讨论、交流、总结归纳细胞分裂的要点，将“细胞分裂”这一大概念拓展、提升。

6.教学评价与反思

本文采用模型构建的方法展开教学，使抽象的知识具体化，加深了对细胞分裂的认识与理解，体现了新课标中“教学过程重实践”、“内容聚焦大概念”的教学理念，提升了学生的生物学科核心素养，为素质教育的教学改革增添了一抹亮色。整个教学过程，学生们全程参与，自主探究，讨论激烈，兴致很高，总结归纳了许多的问题，达到了预期的教学目的，取得了很好的教学效果。当然，我们还有很多需要进一步改进的地方，希望各位老师同仁们多提宝贵意见和建议。

【参考文献】

[1]中华人民共和国教育部.普通高中生物学课程标准：2017年版[M].北京:人民教育出版社，2018.

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