基于建模教学策略的“细胞增殖”教学设计与实践
摘要：本文利用建模教学策略设计“细胞通过分裂增殖”一课。通过明确建模目的、选择合理的模型表征方式、构建模型、检验和评价模型、修正模型五个环节与课时子问题有机整合，引导学生主动构建概念，发展学科核心素养。
关键词：细胞增殖；建模教学策略；教学设计
文章编号：1003-7586（2024）04-0044-02中图分类号：G633.91文献标识码：B
1教材分析和设计思想
“细胞通过分裂增殖”是浙科版普通高中教科书《生物学·必修1·分子与细胞》第4章的重要内容，其中“染色体在有丝分裂过程中呈现规律性变化”这一概念是教学的重点和难点。常规教学使用动画视频辅助教学，或要求学生绘制分裂各时期模式图，这些活动能帮助学生加深记忆，但对促进理解的作用有限。《普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）》提出科学思维是学科核心素养的基本组成之一，其中模型与建模是重要内容。建模教学策略的步骤主要包括明确模型构建目的、合理的模型表征方式；模型的构建、模型的检验和评价、模型的修正。笔者围绕该策略开展教学设计，引导学生用建模解决问题，并在模型中发现新问题。学生通过在“问题建模”的循环中不断深入学习，加深对有丝分裂概念的理解。
2教学目标
（1）通过模拟染色质与染色体的转变等活动，准确描述有丝分裂过程中染色体的规律性变化，深化结构与功能相适应的生命观念。
（2）通过“建立有丝分裂过程中典型时期的细胞模型”活动，运用模型和建模的研究方法，提升科学思维能力。
（3）通过分析有丝分裂的影响因素，初步形成环境对细胞生命活动具有复杂作用的观念，培养健康科学的生活习惯。
3教学过程
3.1创设情境，提出问题
教师播放涡虫再生的视频。提出单元问题，涡虫的器官如何再生？引出教学内容，细胞通过分裂产生新细胞，再通过分化形成组织器官。提出课时问题，结合图片分析，细胞分裂产生的子细胞与亲代细胞相比有什么特点？出现这种特点的可能原因是什么？学生思考后得出，亲子代细胞遗传物质（DNA）-样。教师呈现常见动植物核DNA分子数表格。
设计意图：利用“涡虫再生”的视频使学生形成认知冲突，激发学习兴趣，进而引出本节课学习内容，同时为学习细胞分化埋下伏笔。通过猜想和验证，引导学生明确分裂前后细胞核DNA数目恒定。
3.2建模教学过程
3.2.1明确建模目的
教师提出活动目的，探究核DNA如何在亲子代细胞中保持恒定。教师将探究对象从DNA过渡到染色质，核DNA位于染色质，DNA数目恒定也就是染色质数目的恒定。由于染色质是微观结构，活动中将使用实物材料扭扭棒来模拟染色质。学生聆听教师对本次建模活动的目的、内容和要求等说明，为建模做准备。
设计意图：在明确目的和内容等指引下，学生的建模活动能更加有效地开展。
3.2.2选择合理的模型表征方式
扭扭棒由一根铁丝和缠绕在其周围的绒毛组成。铁丝表征DNA，绒毛表征染色质蛋白（见图1）。由于铁丝比较容易弯折，便于后续的模拟过程。学生从材料袋中取出扭扭棒并观察、适当弯折，初步了解其性能。
设计意图：通过给学生介绍扭扭棒的构成，引导学生体会建模使用的材料要尽可能恰当反应模拟对象，提高建模真实性这一特点。
3.2.3构建模型
教师呈现动物细胞有丝分裂显微摄影图，学生根据染色体行为特点进行初步排序后，教师引导学生建构细胞周期的概念并提问：如何保证子细胞中染色质相同？分裂间期细胞需要什么准备？学生讨论得出需先复制再均分。教师引导学生分小组构建复制好的染色质模型。
设计意图：通过让学生从不同扭扭棒中选出两条等长、颜色相同的，检测学生对染色质复制的理解。
教师继续提问：图中可见密集排列、结构松散的染色质和形态较为清晰的染色体，哪种形态适合复制，哪种形态适合均分？教师进一步指导学生将扭扭棒折叠以模拟染色体。学生小组合作构建染色质和染色体的模型，演示并体验哪种形态更容易均分。
设计意图：通过模拟分离松散的染色质和螺旋化的染色体，学生借助实物模型体会染色质螺旋化成染色体能提高分离效率，降低错误概率。
教师提问：染色体在细胞的什么位置？什么结构在牵引染色体？学生用记号笔画出细胞核膜，再从染色体中部（或偏向一端）画细线，表示纺锤丝。教师继续提问：染色体的移动遇到什么障碍？怎样解决？学生通过讨论得出，核膜会在染色体移动前分解。学生在染色体周围画出分解的核膜。教师追问：染色体均分时，细胞膜、细胞质发生了哪些变化？各小组学生分别选择一个时期并完善该时期的细胞模型。
设计意图：通过“构建模型－发现问题－完善模型”的活动，为学生提供学习支架，降低建模难度。学生边思考边建模，实现主动建构知识。同时学生能体会构建模型不是一蹴而就的，而是基于一定的已知信息，提出合理的构思。当条件改变时，模型需要及时调整。
3.2.4检