論述如何利用建模進(jìn)行有效的課堂教學(xué)

減數(shù)分裂知識(shí)點(diǎn)出自普通高中教科書生物學(xué)人教版必修二第2章第1節(jié)《減數(shù)分裂和受精作用》。在課堂教學(xué)中，可構(gòu)建物理模型來辨認(rèn)不同時(shí)期染色體形態(tài)、位置等變化，深入理解配子具有多樣性的意義。還可通過構(gòu)建數(shù)學(xué)模型的方法，如分析和繪制曲線圖、柱狀圖、扇形圖的過程，有助于學(xué)生掌握細(xì)胞的生命歷程和辨析染色體和DNA等數(shù)量變化規(guī)律。最后可運(yùn)用思維導(dǎo)圖幫助學(xué)生將抽象的減數(shù)分裂知識(shí)系統(tǒng)化、具體化、結(jié)構(gòu)化，通過建模的過程來加深對細(xì)胞分裂的本質(zhì)理解。一、物理模型的應(yīng)用1.運(yùn)用物理模型材料解釋相關(guān)名詞概念（1）扭扭棒模型。以扭扭棒為基本材料制作的染色體模型，通過扭扭棒的疊加、纏繞、分離等操作，直觀模擬減數(shù)分裂中染色體的變化。扭扭棒具有質(zhì)地軟、易塑形的特點(diǎn)，能夠生動(dòng)形象地表現(xiàn)染色體的形態(tài)特征，如將扭扭棒旋轉(zhuǎn)纏繞便形成粗短的染色體。將各個(gè)時(shí)期的染色體用扭扭棒制作完成后，將其粘貼在相應(yīng)的細(xì)胞硬紙板上，就形成了簡單明了的減數(shù)分裂中染色體變化模型。（2）卡紙模型。利用不同顏色的卡紙和小磁鐵制作的模型。首先用卡紙剪出已經(jīng)復(fù)制完成的染色體的形狀，可用不同大小的卡紙代表不同的染色體，用兩種顏色分別代表兩條同源染色體。然后，將染色體沿著絲粒中間部位剪開，形成兩條染色單體，在染色單體著絲粒的部位貼上小磁鐵，方便固定和移動(dòng)染色體。將兩條染色單體合并又重新形成了完成復(fù)制的染色體。最后將制作好的染色體模型在黑板或白紙上進(jìn)行組裝、拆卸和移動(dòng)，就能夠展示減數(shù)分裂的動(dòng)態(tài)過程，方便學(xué)生觀察、記憶和理解。（3）橡皮泥模型。這是常見的染色體制作模型，教材就介紹了如何用橡皮泥制作染色體模型。此種模型利用了橡皮泥顏色的多樣性和形態(tài)的可塑性，用不同的大小和顏色清晰地表示岀不同的染色體以及來自父方和母方的同源染色體。此外，橡皮泥制作的染色體可以進(jìn)行拆卸和組合，能夠動(dòng)態(tài)地表現(xiàn)染色體變化的過程。（4）手指模型。學(xué)生利用自己的手指來模擬染色體的變化過程，此模型無須其他材料的準(zhǔn)備，方便易行，形象直觀。在教學(xué)中，學(xué)生兩人一組，協(xié)作完成手指模型。用一只手指表示一條染色體，那么一只手就能表示五條各不相同的染色體，兩位學(xué)生各伸出一只手，就能表示一個(gè)細(xì)胞內(nèi)的五對同源染色體。在此基礎(chǔ)上，每位學(xué)生再將自己雙手的十個(gè)手指相互交叉，如中指和中指在指關(guān)節(jié)處貼合，表示完成復(fù)制的染色體，此時(shí)兩位學(xué)生的四只手就代表了完成復(fù)制的五對同源染色體。兩位學(xué)生的手分開，就代表了同源染色體的分離；學(xué)生各自交叉的手分開，就代表了染色單體的分離。通過此種方法，學(xué)生兩人配合，變換手和手指的位置就可以形象地展示減數(shù)分裂中染色體的變化過程。這樣的比喻很直觀且很方便，非常有助于學(xué)生對這一概念的理解。（5）撲克牌模型。撲克牌同一數(shù)字不同顏色可以表示同源染色體，不同數(shù)字表示非同源染色體。問題設(shè)計(jì)：把4對同源染色體打亂，如何保證把每一對同源染色體分開，不進(jìn)入配子中，配子中就只有非同源染色體？學(xué)生回答：把兩個(gè)1放在一起，兩個(gè)2放在一起，依次這樣，然后從每一對中取一張出來。老師解釋：是的，這個(gè)策略非常好，細(xì)胞也是這么想的，為了把同源染色體分開，所以先要將同源染色體配對，這個(gè)過程叫聯(lián)會(huì)。2.運(yùn)用物理模型材料演示減數(shù)分裂動(dòng)態(tài)過程整個(gè)減數(shù)分裂過程最重要就是染色體的行為變化，以兩對同源染色體為例進(jìn)行建模去模擬減數(shù)分裂的動(dòng)態(tài)全過程。通過模型初建、模型互評和修正來突破教學(xué)重難點(diǎn)。首先，讓學(xué)生描述減數(shù)分裂各時(shí)期的染色體行為變化，然后分組完成建模活動(dòng)，一半小組進(jìn)行精子形成過程的建模，一半小組進(jìn)行卵細(xì)胞形成過程的建模，可讓學(xué)生辨析精細(xì)胞和卵細(xì)胞在減數(shù)分裂的異同點(diǎn)。其次，同源染色體的分離、非同源染色體的組合、交叉互換導(dǎo)致配子多樣性、子細(xì)胞中染色體的組合情況等都是是學(xué)生易混亂的重點(diǎn)難點(diǎn)。學(xué)生操作在建立模型的過程中，教師要勤加指導(dǎo)，觀察學(xué)生有無理解上的錯(cuò)誤，應(yīng)及時(shí)弄清學(xué)生出錯(cuò)的原因并加以糾正。二、數(shù)學(xué)模型的應(yīng)用數(shù)學(xué)模型是運(yùn)用數(shù)理邏輯方法和數(shù)學(xué)語言，以圖表、函數(shù)、公式及符號(hào)等數(shù)學(xué)形式真實(shí)系統(tǒng)地揭示事物的本質(zhì)、數(shù)量關(guān)系和變化規(guī)律。它是一種分析表面現(xiàn)象相關(guān)生物學(xué)問題的有力工具，通過分析某一生理過程中相關(guān)物質(zhì)的數(shù)量變化以反映該過程，歸納為兩種方法：過程量分析或狀態(tài)量分析，常以速率和相對含量表示，表面上看，兩者不同，究其數(shù)學(xué)本質(zhì)而言，只是導(dǎo)函數(shù)和導(dǎo)數(shù)的關(guān)系，實(shí)際是同一過程的不同方法。生物圖形與數(shù)學(xué)曲線相結(jié)合的試題是比較常見的，它考查學(xué)生的分析、推理與綜合能力，體現(xiàn)理科思維的邏輯性。其中曲線圖可以清楚直觀地揭示它們的關(guān)系，深化理解生物學(xué)概念知識(shí)，強(qiáng)化生物學(xué)思維，達(dá)到深度學(xué)習(xí)的要求，因此曲線圖一直是高考的重點(diǎn)考查方式之一。在數(shù)學(xué)建模分析過程中，教師要引導(dǎo)學(xué)生從多角度分析曲線變化的表象，從而指導(dǎo)學(xué)生思考曲線變化的內(nèi)在原因，要培養(yǎng)學(xué)生堅(jiān)持探究事物真相、用于辨析的科學(xué)態(tài)度。這個(gè)過程深化了學(xué)生的知識(shí)理解程度，對動(dòng)態(tài)的生物學(xué)規(guī)律變化有更深入的思考和審辨思維。有絲分裂和減數(shù)分裂的辨析在高考命題中也時(shí)常出現(xiàn)，命題常以細(xì)胞分裂圖為信息載體，考察學(xué)生的識(shí)圖判斷能力，因此可根據(jù)減數(shù)分裂的物理模型思考各時(shí)期的染色體、姐妹染色單體和DNA的主要數(shù)目變化規(guī)律來繪制數(shù)學(xué)模型。因此可通過柱狀圖、曲線圖、表格等數(shù)學(xué)模型進(jìn)行染色體、DNA、染色單體的數(shù)量對比，完成知識(shí)遷移，便于比較分析和總結(jié)復(fù)習(xí)。三、概念模型的應(yīng)用概念模型是采用圖示、文字及符號(hào)的形式將事物的本質(zhì)特征、屬性及事物之間的內(nèi)在聯(lián)系清晰地展示出來。在減數(shù)分裂中，存在很多復(fù)雜而又零散的知識(shí)點(diǎn)，比如各種名詞概念，各個(gè)時(shí)期的染色體行為變化，精細(xì)胞和卵細(xì)胞的形成異同等，可通過構(gòu)建概念模型，運(yùn)用思維導(dǎo)圖的手段從部分到整體，形成彼此相連的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)。（詳見左圖）四、結(jié)語以上三種模型的構(gòu)建方法、側(cè)重點(diǎn)及呈現(xiàn)形式各有千秋