寿小倩
浙江诸暨市学勉中学
摘要:物理模型是指通过一个实体结构或者一种简单的实物模具描述一个生物学概念或者过程的模型。本文以细胞分裂中有丝分裂与减数分裂为例，通过建构细胞分裂过程中染色体的物理模型，使学生更好的理解细胞分裂过程中染色体的行为变化，能有效的比较有丝分裂与减数分裂过程中染色体行为变化的的异同。
关键词:有丝分裂；减数分裂；染色体；模型建构
《生物课程标准（实验）》中指出：“了解建立模型等科学方法及其在科学研究中的作用，培养学生的建模思维和建模能力，领悟和建立物理模型等科学方法及其在科学研究中的作用，培养学生的建模思维和建模能力，获得生物的基本事实、概念，原理、规律和模型等方面的基础知识。”物理模型是以实物或图画形式直观的表达认识对象的特征。在高中生物教学过程中微观的，复杂的教学内容在教的过程会比较抽象，对于这一类不能直接进行观察研究与实验时，我们可以通过物理模型的建构来替代研究对象来进行实验。向学生开展建构模型的实践活动可以转变传统的教学模式，使枯燥的听课变成人人参与的活动课，不仅提升了学生学习的兴趣，同时也可以培养和发展学生的科学探究、科学思维等学科核心素养，所以我们在教学的过程要重视物理模型的实践制作。
高中生物的学习过程中，很多同学总是混淆有丝分裂和减数分裂的过程，为了将复杂的问题简单化、具体化、生动化和形象化，所以下面通过染色体物理模型建构的方法帮助同学在学习的过程中正确的区分有丝分裂和减数分裂染色体的行为变化。
制作过程中材料的选取要方便、低成本以及环保，模型的建构要遵循科学合理的原则。所以建构模型要遵循以下原则：简约性原则、科学性原则、可行性原则、环保性原则、美观性原则。模型的建构过程一般为：模型准备----模型假设----模型假设的改善与修正------模型的建构与总结。
1.模型的准备
（1）教学内容分析：有丝分裂与减数分裂是学习遗传变异规律的细胞学基础。是高中生物教材的基础知识，是全书的重点和难点。生物都有生长和生殖的特性,进行有性生殖生物的生长和生殖,是通过细胞的不同分裂方式来进行的。有丝分裂是从一个受精卵开始,经过无数次的分裂和分化,身体细胞的数目和种类不断增多,生物便由小长大,生物的有性生殖,需要先形成配子,而配子的形成,要先在生殖器官中进行减数分裂。因此,这两种分裂方式,除了染色体的数目是否要减少一半之外,还在过程着某些明显的差异。有丝分裂通过间期遗传物质复制一次，细胞分裂（M）一次，遗传物质保持不变；减数分裂通过间期遗传物质复制一次，细胞连续分裂两次（MI和MII），遗传物质减半。
（2）选材：模型的准备阶段选材要方便、环保，有利于培养学生养成节约习惯，增强环境保护的社会责任意识。浙科版教材中所用的材料是橡皮泥，我们用扭扭棒来代替。因为橡皮泥只能一次性使用且不环保而扭扭棒可以重复利用，相比较而言成本更低而且环保。且可以可以形象店额体现从染色质到染色体的形态变化过程。准备红色和绿色两种颜色（可自行选择）的扭扭棒，蓝色和绿色的8cm长的各两根，5cm长的各两根。细胞和纺锤体通过纸上画圆和画线的方式来表示。
2.模型假设
主要模拟细胞分裂过程中染色体的行为变化，细胞的分裂期人为的划分为前期、中期、后期和末期四个时期。所以分别建构四个时期染色体的行为变化的物理模型进行比较。围绕有丝分裂遗传物质不发生变化和减数分裂遗传物质减半的原则，提出模型假设。
（一）有丝分裂的模型假设与建构：染色体复制一次细胞分裂一次。即将复制形成的姐妹染色单体平均分配到两个子细胞中。在前期染色质螺旋折叠成染色体的形态 ，为染色体平均分配到子细胞做准备；中期染色体排列在细胞细胞中央为后期的分离做准备；后期着丝粒一分为二，姐妹染色单体分开，在纺锤丝的牵引下移向细胞两极；末期细胞一分为二，遗传物质平均分配到两个子细胞中，染色体重新变回染色质的形态。
（二）减数分裂的模型假设与建构：减数分裂过程中细胞连续分裂的两次，分别是同源染色体分离与姐妹染色单体的分离。可以有以下两种假设：
假设一：减数第一次分裂同源染色体分离，减数第二次分裂姐妹染色单体分离。
假设二：减数第一次分裂姐妹染色单体的分离，减数第二次同源染色体分离。
3.假设的改善与修正
（1）如何模拟染色质变为染色体的形态？分裂之前是细长染色质丝的形态，经过螺旋折叠成为杆状的染色体形态，如图1。
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（3）根据模型假设，需要检验减数分裂过程中哪种分裂方式是正确的，并及时的进行修正。结合史料，1891年，德国动物学家H.亨金指出减数分裂存在同源染色体配对及染色体对之间分离现象，并指出脊椎动物，植物和昆虫细胞的减数分裂具有统一性。通过现在显微技术，我们可以在显微镜下观察到同源染色体配对与分离的现象，且此时每条染色体上都存在两条姐妹染色单体。由此证明假设一是正确，所以我们对之前的模型假设进行修正，并按假设一进行建构。为了保证每对同源染色体的分离，在减数第一次分裂的前期，同源染色体两两配对；在减数第一次分裂的中期，同源染色体成对的排列在细胞中央为后期的分离做准备；减数第一次分裂后期，同源染色体分离，此时非同源染色体之间发生什么？发生非同源染色体的自有组合。
（4）同源染色体和分离的姐妹染色单体如何移向细胞的两极？在纺锤丝的牵引下匀速的移向细胞两极，可以在纸上画线来代替纺锤丝。出现时间应在前期。
（5）模拟过程采用几对同源染色体比较合适？一对同源染色体最能体现简约的原则，但是不能模拟非同源染色体的自有组合。两对同源染色体既能模拟同源染色体的分离，非同源染色体的自有组合，还可以使复杂问题简单化。三对及以上的同源染色体比较繁琐，也不能很好体现模型建构的简约性原则。
结合科学史和实验证据，采用认证式教学，模拟科学发现的过程，发展学生的科学思维，使之置身于探索生命现象，发现生命活动规律的活动中。
4.模型的建构与总结
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经过假设、建构、检验、修正、完善，让学生在建构中思考，在思考中改善建构模型，达到行知合一。通过建构与展示细胞分裂过程中染色体数目和行为变化的模型，有效的区分了有丝分裂与减数分裂的过程。也加深了对孟德尔定律的理解，明确细胞分裂的意义。
参考文献：
1.黄晓明.高中生物学概念教学策略应用【j】.佳木斯职业学院学报，2014，（1）.
2.蒋桂林.基于高中生核心素养培养的生物学科素养的思考【j】.中学生物学，2015，（10）
3.王静.学科核心素养的培养与课堂教学转型.T天津教育出版，2019.10