以模型构建打造高效生物学课堂

生物模型是一种简化和概括性强的描述方式，能够清晰地展示特定对象的本质特征。生物模型的直观性和概括性使其成为学生从感性认知向理性思维过渡的有力工具。此外，在生物建模的过程中，“生物建模”充当了桥梁和纽带的角色，能够帮助学生更好地理解和掌握知识。在讲解“减数分裂和受精作用”这一课时，师生需要合作，共同构建生物模型。减数分裂与配子形成是微观、动态、联系的过程，前后具有较强的逻辑性，在教学设计中需要综合教师讲解、合作讨论，将微观教学方式转变为宏观教学，帮助学生更好地理解本节课的教学内容。一、知识回顾，引发冲突在开课之前，学生已经对细胞的结构奥秘、细胞增殖的机理以及遗传学的基本法则有所了解，这节课教师将正式带领学生探究真核生物细胞核内遗传信息的传递机制，启迪学生领悟有性生殖在生物进化史中的重要性。本节课的教学重点是让学生对减数分裂的概念有清晰的了解，能够洞悉减数分裂过程中染色体数量与行为的变化规律。在正式上课前，教师请学生一同回顾有关有丝分裂的教学内容，按照座位的顺序依次回答。随后，为了帮助学生更好地理解和吸收新的内容，教师采用多种方法来引入本节课的主题，展示大自然中有关动植物生长发育和繁殖的有趣视频，以此来吸引学生的注意力和学习兴趣。教师：同学们，在我们刚才的复习中，我们提到了有丝分裂是个体生长发育的重要途径。现在，请大家思考一个问题：如果个体繁殖也采用有丝分裂的方式，会是什么样的情景呢？这样做会带来哪些后果呢？请大家发表自己的看法。学生1：如果个体繁殖采用有丝分裂，那么后代的遗传物质将与亲代完全相同，这样可能会导致生物种群的遗传多样性降低，对环境的适应能力也会减弱。学生2：有丝分裂产生的后代都是相同的个体，这样就无法实现生物的进化，因为进化需要遗传变异来提供不同的适应策略。教师：两位同学分析得很到位。确实，如果个体繁殖采用有丝分裂，会导致遗传多样性的丧失和生物进化的停滞。但实际上，生物界的繁殖方式远比这复杂和多样。接下来，我们将学习一种新的细胞分裂方式——减数分裂。接着，教师向学生展示与减数分裂相关的一系列引人入胜的实验现象。这些实验不仅揭示了减数分裂的奥秘，也激发了学生的好奇心。教师：首先，让我们回顾一下奥地利生物学家孟德尔在19世纪50年代和60年代对豌豆的研究。他通过连续统计不同花色的子一代和子二代，得出了一系列令人惊奇的结论。（此时，屏幕上播放孟德尔的介绍视频，学生们聚精会神地观看。）视频播放结束后，教师继续道：孟德尔的实验结果启发了他提出遗传因子假说，并初步验证了基因分离和自由组合定律。这些定律为我们理解生物遗传提供了重要的基础。紧接着，教师又提到了其他科学家的实验：赫特维希在1876年研究海胆卵受精过程中发现，受精后两个亲本细胞核具有合并的现象。同样，施特斯伯格在1888年的研究中也观察到了被子植物体中两个亲本细胞核的合并现象。这些实验结果进一步证明了减数分裂在动植物界的普遍存在。通过这些生动的实例，学生对减数分裂的重要性和普遍性有了更深入的理解。教师趁热打铁，向学生提出了一个问题：为了保持染色体数目稳定不变，子代从父本和母本继承两者的染色体，那么生殖细胞染色体数目需要怎样调整呢？学生思考后回答：生殖细胞染色体数目必须减半。教师点头表示赞许，并进一步引导学生思考：那么请同学们在已经学过有丝分裂的知识基础上，进一步思考一下减数分裂过程中染色体的数目是在什么时间、以什么的方式减半呢？此问题的提出是引导学生结合已学知识，进行应用迁移，同时激发学生对减数分裂知识学习的兴趣，带领学生进入本节课的主题。二、问题讨论，动手实践教师：同学们，现在我们一起来思考一下。在生殖细胞产生的过程中，怎样才能实现染色体数量的减半呢？大家可以大胆想象，提出一些猜想，并在小组内进行讨论。（学生开始思考并讨论）学生1：老师，我想可能是细胞直接分裂，然后把染色体平均分给两个细胞，这样染色体的数量就减半了。学生2：我觉得可能是减数分裂过程中，染色体先复制一次，然后细胞经历两次分裂，这样最终实现染色体数目减半。学生3：我猜测染色体复制两次，细胞分裂四次（甚至染色体复制四次，细胞分裂八次），是不是也可以呢？教师：同学们的想象力很丰富，提出的猜想也很有意思。那我们就以小组的方式讨论这些猜测。（学生在小组内展开讨论）在讨论间隙，为了让学生更好地理解减数分裂过程，教师向学生介绍德国植物学家施特拉斯布格发现“四份孢子”和德国生物学家鲍维里马蛔虫的减数分裂的实验发现。（学生认真听讲并思考）教师：现在，请同学们结合这些科学史和实验结果，再次讨论一下你们的猜想。看看能否得出一个更直观的结论来解释减数分裂过程中染色体数量减半的现象。（学生再次展开讨论）学生4：经过讨论，我们认为在减数分裂过程中，染色体首先复制一次，然后细胞经历两次分裂。这样，在最终形成的生殖细胞中，染色体的数量就会减半。这个结论与刚才老师介绍的实验结果也是一致的。教师：确实，在减数分裂过程中，染色体复制一次后，细胞会经历两次分裂，从而实现染色体数目的减半。这个过程是生物繁殖中非常重要的一环，也是我们接下来要深入学习的内容。在得出这一结论后，同学们提出了一个非常有趣的问题：在减数分裂过程中，染色体会复制一次，而细胞会发生两次分裂，那么染色体中的DNA复制会发生在细胞分裂的哪个时间呢？为了解答这个问题，我们一起进行猜想：猜想一是染色体的复制出现在第一次细胞分裂的期间，也就是细胞准备进入第一次分裂之前的阶段。这样假设下，染色体的复制将先于细胞的第一次分裂，确保每个子细胞都获得完整的染色体数量。猜想二是染色体的复制出现在第二次细胞分裂的间期，也就是细胞完成第一次分裂之后的阶段。这样假设下，染色体的复制将发生在细胞已经分裂了一次后，确保每个子细胞都能够获得完整的染色体副本。（减数分裂模拟实验操作与讨论）教师：同学们，现在我们要进行一个有趣的模拟实验。请大家以同桌为单位，利用我提前准备好的硬纸板、彩色笔、剪刀和塑料钉等材料，按照我接下来展示的步骤来操作。（教师展示实验步骤和注意事项）教师：请大家制作一对较大的染色体模型，涂上红色和黑色，制作一对较小的染色体模型，同样涂上红色和黑色。（学生开始制作染色体模型）教师：制作好模型后，请大家以两人一组的方式展开探究活动。每位同学从自制的染色体模型中随机抽取两个染色体。在这里，我要特别强调一下同源染色体的概念。同源染色体是指形态和大小相同，但一个来自父方，另一个来自母方的染色体。请大家根据颜色和大小来区分你们手中的同源染色体。（学生互相协作，区分同源染色体）教师：现在，我们再次回到之前的问题：同源染色体分开发生在什么时候？姐妹染色单体分离又是在哪个时期发生的？请大家结合你们的猜想和实验结果来讨论一下。（学生展开讨论）学生1：我认为如果姐妹染色单体在第一次分裂时就分开，这会导致基因分配的混乱，而且这种调控方式似乎不符合遗传调控机制。学生2：通过比较和观察，我发现减数分裂过程中染色体会先进行一次复制，然后细胞会经历两次分裂。具体的顺序应该是染色体复制→第一次细胞分裂（同源染色体分开）→第二次细胞分裂（姐妹染色体分开）。教师：确实，在减数分裂过程中，染色体首先会复制一次，然后细胞会经历两次分裂，最终实现染色体数目减半。这个过程对于生物体的遗传稳定性和多样性都至关重要。（教师结合动植物减数分裂过程的显微图片进行详细讲解和展示，进一步加深学生的理解）三、研究减数分裂过程，归纳总结为了进一步加深学生对减数分裂的理解，我们进行了一系列的活动和讨论。我们利用扭扭棒和磁体等构建染色体模型，用于表示减数分裂的过程。在实验过程中，学生提出了自己的构想，并通过补充和完善的方式共同完善减数分裂模型。接着，我与学生一起比较教材中展示的精子形成过程图示和他们自己构建的减数分裂模型，发现了两者之间的差异，并找到了问题的根源。通过思考和讨论，我们最终成功构建了一个完整的减数分裂模型。四、采集动植物材料，制作减数分裂装片实验操作课，不仅可以让学生验证学者的发现，推导理论知识，还能让学生在参与中培养观察能力和动手能力，实验的过程是相对枯燥的，需要学生根据实验目标，小心操作各种实验设备，为此在教学过程中引入了各种学者发现实验现象得出结论的小故事，发现学者身上不畏艰辛、严谨求实的态度与科学品质及敢于质疑的科学精神。为了让学生更好地参与实践，我们选择了校区的花坛、草坪，采集各种动植物的材料，让学生通过固定—染色—压片等，制作属于自己的减数分类装片，观察其中的一个或者是多个时期的分裂图片，并将其记录下来，完成实验报告。五、课后延伸为了让学生将今天的知识点牢牢地掌握，在课堂结束之前，我想给大家布置一个思考题，希望大家能够在课后进行深入的探讨和研究。在不考虑变异的情况下，一个原始生殖细胞可以产生多少个配子？这些配子又会呈现出多少种不同的类型呢？六、教学反思根据新课标要求，为了创建高效生物课堂，我引导学生积极参与到课堂实践中，并采用归纳概括、演绎推理等多种思维方式，为减数分裂实验的结果提供依据。同时，我认同论证与建模是认识科学本质的思维方法，在设计中让学生通过猜想和实验与教材结果进行论证，有效拓展了学生的思维深度和广度。为了打造高效生物学课堂，我创设了真实的问题场