自制细胞周期同步化演示仪在细胞增殖教学中的应用
郑好潘丽雅
（温州市龙湾区永强中学浙江温州325000）
我国教育部颁布的《普通高中生物课程标准（2017年版）》（以下简称《课程标准》）明确指出要提高学生的生物学学科核心素养，倡导探究性学习，并在课程目标的知识目标中首次增加了模拟实验、模型构建等方面的教学内容。自制教具是教师教学过程中的重要课程资源。结合《课程标准》要求，教师自制教具模型并在课堂演示，用自制教具模型作为信息载体来传递知识，可以使抽象的知识具体化、形象化，加深学生对知识的理解。学生参与自制教具能激发求知欲望，培养学习兴趣和创新意识，激发创造能力。下面以高三一轮复习中“胸腺嘧啶脱氧核苷（TdR）在细胞周期研究中的应用”一节教学为例，谈谈如何利用自制教具形象地帮助学生理解整个过程。
“细胞周期”是指细胞从一次分裂完成开始到下一次分裂结束所经历的全过程，分为间期与分裂期两个阶段。间期包括G1期、S期、G2期。处于不同时期的细胞数与各时期持续的时间呈正相关。
“细胞同步化”是指利用某种方法使细胞群中处于细胞周期不同时期的细胞停留在同一时期，以获取形态、生理状态等一致的细胞群，用于研究细胞的生长和代谢，尤其是处于细胞周期不同阶段的细胞的生化特征。胸腺嘧啶脱氧核苷（TdR）作为抑制剂，可逆地抑制DNA合成，不影响其他时期细胞的运转，终将细胞群阻断在S期或G1/S交界处，达到细胞同步于S期的目的（图1）。
图1TdR双阻断法进行细胞周期同步化的原理
浙科版生物学教材回避了“细胞同步化”的相关概念。但“细胞同步化”在生物学研究中是一项非常基础而重要的实验技术，十分受重视，与其相关联的知识在浙科版生物学教材中的章节跨度极大，是考查学生生物学学科核心素养的良好素材。因此，浙江省高考对“细胞同步化”的相关考查频繁出现，且基于基本知识概念的考查，注重科学思维和科学探究，强调分析问题和解决问题的能力，需要学生构建模型，绘制图像，难度较大。为了直观、形象地表示相关过程，笔者制作了有关该过程的物理模型并用于教学。
亚克力板，磁性画板，磁铁粒，胶水，直径为1cm的长螺杆，配套螺母，铁丝。
数控激光雕刻机。
用数控激光雕刻机将白色亚克力板切割出直径50cm圆形，中间打孔，孔径为1cm；为了节约材料，用数控激光雕刻机将磁性画板切割内径40cm、外径450cm圆环，镶嵌白色底板中间，便于分析过程留迹。据4个区段所占周期比例将圆形分4个大小不等扇形区域，分别标为G1、S、G2、M期。用彩色亚克力制作三枚指针，在固定圆心处打孔，孔径为1cm，分别在离圆心20、21、21cm打孔，用于装磁铁粒。用透明亚克力做底座；将圆形与指针用长螺杆固定，并安装固定于底座；在底座上对应磁性画板圆环位置安一可活动磁铁，用于消除磁性画板的留迹。
模型整体效果如图2所示。
图2模型示意图
（1）测细胞经TdR培养，所有S期细胞均被标记。即在小圆盘所有S期细胞区域被标记，在仪器上使用两根指针所夹范围表示，并将角度固定，如图3所示。
图3第一次阻断后，S期细胞区域情况
（2）S期以外其他时期细胞的运转不受影响。转动另一根指针，所画范围代表正常运转的细胞范围，如图4所示。得出结论，至少培养G2+M+G1期的时间。此时，处于S期的细胞被阻断于S期的原始状态，处于G2期、M期和G1期的细胞被阻断于G1/S交界处，如图5所示。
图4第一次阻断后，非S期细胞区域情况
图5培养G2+M+G1期后，各区域情况
（3）洗脱TdR，细胞正常培养，即逆时针转动步骤①中的三根指针。时间至少长于S期，两个指针所覆盖的范围才能完全离开S期，代表原先阻断于S期的细胞完全离开S期，但此时细胞仍未完全同步化，如图6所示。
图6洗脱TdR，经过S期时长，完全离开S期
（4）为了将细胞完全同步化，再次加入TdR。要在两个指针所覆盖的范围重新进入S期之前进行阻断，如图7所示。所以，第二次阻断时间要在长于S期的基础上，短于G2+M+G1期的时间。
图7进入S期之前进行第二次阻断
（5）最终所有位于G1/S交界处和S期的细胞通过S期，又不使S期末期细胞进入下一个S期，最终细胞同步在G1/S交界，如图8所示。
图8细胞同步在G1与S期交界
该教具新颖，创新使用磁性画板，解决了双阻断过程的直观呈现问题。该教具实用，将细胞周期的问题从平面表述到立体推演，将细胞周期形象地呈现给学生，印象深刻，难题迎刃而解。该教具可操作性强，可以放置在讲台桌上教师用来解释双阻断问题，也可以用于推演解题过程，利用自制教具模型促进学生构建知识体系，充分体现了以学生为主体的教学理念。该教具易推广，制作材料常见，容易获取，制作过程也比较简单。该教具可改装，外围增设细胞分裂各时期的图像，能直观地呈现各个时期的特点。
新课程改革