模型與建模在培養(yǎng)中學(xué)生生命觀念中的應(yīng)用研究

吳琳燕

【摘要】本文通過梳理“細(xì)胞的增殖”這一節(jié)內(nèi)容所蘊(yùn)含的生命觀念，以及分析這一節(jié)內(nèi)容所涉及到的模型的具體體現(xiàn)，闡述教學(xué)過程中突破重難點(diǎn)時(shí)各種模型的應(yīng)用，在建模過程中促進(jìn)學(xué)生生命觀念的形成，以期能給一線教師的建模教學(xué)提供一些參考。

【關(guān)鍵詞】模型與建模;生命觀念;細(xì)胞的增殖

在學(xué)科核心素養(yǎng)中占據(jù)主導(dǎo)地位的生命觀念，是學(xué)生通過深入學(xué)習(xí)掌握概念后形成的。生命觀念主要包括結(jié)構(gòu)與功能觀、進(jìn)化與適應(yīng)觀、穩(wěn)態(tài)與平衡觀、物質(zhì)和能量觀等。

我國大部分學(xué)者和一線教師都認(rèn)可朱正威和趙占良建議的模型分類方式，即模型分為物理模型、概念模型和數(shù)學(xué)模型。依據(jù)事物的本質(zhì)或特點(diǎn)來構(gòu)建的實(shí)物、圖像就是物理模型。人們從已有的經(jīng)驗(yàn)出發(fā)，根據(jù)對(duì)事物的了解、認(rèn)識(shí)，進(jìn)行推理及決策的思維模型被稱為概念模型。概念模型可以通過文字符號(hào)、圖表表格、概念圖、圖示圖解等形式體現(xiàn)。用數(shù)學(xué)方程式、曲線圖等數(shù)學(xué)形式來表示事物的規(guī)律或本質(zhì)的是數(shù)學(xué)模型。

一、生命觀念剖析

“細(xì)胞的增殖”這一節(jié)內(nèi)容蘊(yùn)含的生命觀念包括結(jié)構(gòu)與功能觀、物質(zhì)和能量觀。表1具體剖析“細(xì)胞的增殖”所蘊(yùn)含的生命觀念。

二、模型分析

“細(xì)胞的增殖”這一節(jié)內(nèi)容涉及到概念模型、物理模型和數(shù)學(xué)模型，如表2。

三、建模教學(xué)突破重難點(diǎn)的教學(xué)思路

本節(jié)課的教學(xué)重難點(diǎn)是：（1）細(xì)胞周期的概念;（2）植物細(xì)胞和動(dòng)物細(xì)胞有絲分裂過程;（3）細(xì)胞周期中染色體、染色單體和核DNA的數(shù)量變化。

1.細(xì)胞周期概念的突破

教學(xué)思路：先介紹細(xì)胞周期的概念以及分裂間期的G1、S、G2各自進(jìn)行的物質(zhì)準(zhǔn)備，再向?qū)W生展示“不同細(xì)胞的細(xì)胞周期持續(xù)時(shí)間”的表格，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到分裂間期的時(shí)間要長于分裂期的時(shí)間。然后讓學(xué)生構(gòu)建細(xì)胞周期的數(shù)學(xué)模型。如圖1、圖2所示。圖1，A→B→A代表一個(gè)細(xì)胞周期，A→B代表分裂間期，B→A代表分裂期;圖2，b+c代表一個(gè)細(xì)胞周期，b和d代表分裂間期，a和c代表分裂期。在學(xué)習(xí)完有絲分裂過程后，學(xué)生也可以構(gòu)建如教材配圖6-1那樣的細(xì)胞周期的物理模型：進(jìn)一步把分裂期劃分為前、中、后、末期，并且畫上有絲分裂各個(gè)時(shí)期的圖以及子細(xì)胞的圖，如圖3（來源：配圖6-1）所示。

構(gòu)建細(xì)胞周期的數(shù)學(xué)模型和物理模型，這樣更形象具體，有助于學(xué)生對(duì)細(xì)胞周期的理解。在細(xì)胞周期的建模教學(xué)過程中，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到分裂間期的時(shí)間比分裂期長，因?yàn)榉至验g期為分裂期進(jìn)行物質(zhì)準(zhǔn)備。分裂間期又分為G1期、S期、G2期，分裂間期的這幾個(gè)時(shí)期進(jìn)行的各種物質(zhì)的合成，都跟DNA、RNA和蛋白質(zhì)的功能分不開的;物質(zhì)的合成過程中需要能量。在教學(xué)過程中向?qū)W生進(jìn)行結(jié)構(gòu)與功能觀、物質(zhì)與能量觀的生命觀念的滲透。

2.植物細(xì)胞和動(dòng)物細(xì)胞有絲分裂過程突破

教學(xué)思路：用連續(xù)的動(dòng)畫展示植物細(xì)胞的細(xì)胞周期中分裂間期和有絲分裂前、中、后、末期以及形成子細(xì)胞的過程，然后展示教材配圖，讓學(xué)生邊看，教師邊講解各個(gè)時(shí)期的特點(diǎn)。講解過程中，向?qū)W生滲透結(jié)構(gòu)與功能觀、物質(zhì)與能量觀。再用連續(xù)的動(dòng)畫展示動(dòng)物細(xì)胞的細(xì)胞周期中分裂間期和有絲分裂前、中、后、末期以及形成子細(xì)胞的過程，學(xué)生自行總結(jié)動(dòng)、植物細(xì)胞有絲分裂的相同點(diǎn)和不同點(diǎn)。最后，讓學(xué)生構(gòu)建分裂間期以及有絲分裂各個(gè)時(shí)期的特點(diǎn)比較的概念模型以及動(dòng)、植物細(xì)胞有絲分裂的相同點(diǎn)和不同點(diǎn)的比較的概念模型。概念模型的構(gòu)建，有利于學(xué)生對(duì)植物細(xì)胞和動(dòng)物細(xì)胞有絲分裂各個(gè)時(shí)期特點(diǎn)的掌握，加深對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解，有助于知識(shí)的內(nèi)化，提高學(xué)生對(duì)知識(shí)的歸納總結(jié)能力。細(xì)胞增殖過程中需要能量。在模型構(gòu)建過程中，進(jìn)一步滲透結(jié)構(gòu)與功能觀、物質(zhì)與能量觀的生命觀念。

布置課后作業(yè)，讓學(xué)生構(gòu)建物理模型：繪制動(dòng)、植物細(xì)胞有絲分裂過程中各個(gè)時(shí)期的圖像。物理模型的構(gòu)建，更形象生動(dòng)，有利于學(xué)生對(duì)植物細(xì)胞和動(dòng)物細(xì)胞有絲分裂各個(gè)時(shí)期特點(diǎn)進(jìn)一步的理解與掌握，提高學(xué)生知識(shí)應(yīng)用能力。在模型構(gòu)建過程中，學(xué)生可以對(duì)知識(shí)進(jìn)行深加工，有助于學(xué)生知識(shí)的內(nèi)化過程，提高了學(xué)生的結(jié)構(gòu)與功能觀、物質(zhì)與能量觀的生命觀念。

3.細(xì)胞周期中染色體、染色單體和核DNA的數(shù)量變化突破

教學(xué)思路：讓學(xué)生回憶進(jìn)行有絲分裂細(xì)胞的細(xì)胞周期中分裂間期和有絲分裂前、中、后、末期以及形成子細(xì)胞的過程中每個(gè)時(shí)期的特點(diǎn)。然后進(jìn)行模型建構(gòu)的第一步：總結(jié)、分析各個(gè)時(shí)期的特點(diǎn)，如表3所示。

第二步：根據(jù)表3，讓學(xué)生填寫表4。表4是染色體、核DNA和染色單體數(shù)量變化的表格形式的數(shù)學(xué)模型。表4內(nèi)容為進(jìn)一步構(gòu)建細(xì)胞周期中染色體、核DNA和染色單體的數(shù)量變化的曲線形式的數(shù)學(xué)模型做準(zhǔn)備。

第三步：根據(jù)表4，構(gòu)建細(xì)胞周期中染色體、核DNA和染色單體的數(shù)量變化曲線的數(shù)學(xué)模型，如圖4。

第四步：數(shù)學(xué)模型構(gòu)建好后正確與否，還要進(jìn)行檢驗(yàn)和修正。把圖4所示的數(shù)學(xué)模型，代入多種進(jìn)行有絲分裂的動(dòng)、植物細(xì)胞的細(xì)胞周期中，檢驗(yàn)染色體、核DNA和染色單體的數(shù)量變化。

在構(gòu)建細(xì)胞周期中染色體、核DNA和染色單體的數(shù)量變化曲線數(shù)學(xué)模型的過程中，可以鍛煉學(xué)生的抽象思維能力、歸納概括能力，提高學(xué)生的科學(xué)思維能力。在模型構(gòu)建過程中，可以鍛煉學(xué)生對(duì)知識(shí)的運(yùn)用能力，也進(jìn)一步提高學(xué)生結(jié)構(gòu)與功能觀、物質(zhì)與能量觀的生命觀念。

四、結(jié)語

建模教學(xué)，有助于學(xué)生知識(shí)的有意義建構(gòu)，加深學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解，提高學(xué)生歸納總結(jié)能力，有助于學(xué)生對(duì)知識(shí)的內(nèi)化和深加工，學(xué)生在建模過程中不僅可以鞏固所學(xué)知識(shí)，還可以學(xué)會(huì)運(yùn)用知識(shí)。在“細(xì)胞的增殖”內(nèi)容的建模過程中，通過對(duì)學(xué)生生命觀念的滲透，提高了學(xué)生的結(jié)構(gòu)與功能觀、物質(zhì)與能量觀，從而提高學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)。

本文通過梳理“細(xì)胞的增殖”這一節(jié)內(nèi)容所包含的生命觀念，以及分析這一節(jié)內(nèi)容所涉及到的模型的具體體現(xiàn)，闡述教學(xué)過程中突破重難點(diǎn)各種模型構(gòu)建的應(yīng)用，在建模過程中促進(jìn)學(xué)生生命觀念的形成，以期能給一線教師的建模教學(xué)提供一些參考。

參考文獻(xiàn)：

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責(zé)任編輯 ?鐘春雪