模型与建模在培养中学生生命观念中的应用研究

吴琳燕

【摘要】本文通过梳理“细胞的增殖”这一节内容所蕴含的生命观念，以及分析这一节内容所涉及到的模型的具体体现，阐述教学过程中突破重难点时各种模型的应用，在建模过程中促进学生生命观念的形成，以期能给一线教师的建模教学提供一些参考。

【关键词】模型与建模;生命观念;细胞的增殖

在学科核心素养中占据主导地位的生命观念，是学生通过深入学习掌握概念后形成的。生命观念主要包括结构与功能观、进化与适应观、稳态与平衡观、物质和能量观等。

我国大部分学者和一线教师都认可朱正威和赵占良建议的模型分类方式，即模型分为物理模型、概念模型和数学模型。依据事物的本质或特点来构建的实物、图像就是物理模型。人们从已有的经验出发，根据对事物的了解、认识，进行推理及决策的思维模型被称为概念模型。概念模型可以通过文字符号、图表表格、概念图、图示图解等形式体现。用数学方程式、曲线图等数学形式来表示事物的规律或本质的是数学模型。

一、生命观念剖析

“细胞的增殖”这一节内容蕴含的生命观念包括结构与功能观、物质和能量观。表1具体剖析“细胞的增殖”所蕴含的生命观念。

二、模型分析

“细胞的增殖”这一节内容涉及到概念模型、物理模型和数学模型，如表2。

三、建模教学突破重难点的教学思路

本节课的教学重难点是：（1）细胞周期的概念;（2）植物細胞和动物细胞有丝分裂过程;（3）细胞周期中染色体、染色单体和核DNA的数量变化。

1.细胞周期概念的突破

教学思路：先介绍细胞周期的概念以及分裂间期的G1、S、G2各自进行的物质准备，再向学生展示“不同细胞的细胞周期持续时间”的表格，让学生认识到分裂间期的时间要长于分裂期的时间。然后让学生构建细胞周期的数学模型。如图1、图2所示。图1，A→B→A代表一个细胞周期，A→B代表分裂间期，B→A代表分裂期;图2，b+c代表一个细胞周期，b和d代表分裂间期，a和c代表分裂期。在学习完有丝分裂过程后，学生也可以构建如教材配图6-1那样的细胞周期的物理模型：进一步把分裂期划分为前、中、后、末期，并且画上有丝分裂各个时期的图以及子细胞的图，如图3（来源：配图6-1）所示。

构建细胞周期的数学模型和物理模型，这样更形象具体，有助于学生对细胞周期的理解。在细胞周期的建模教学过程中，让学生认识到分裂间期的时间比分裂期长，因为分裂间期为分裂期进行物质准备。分裂间期又分为G1期、S期、G2期，分裂间期的这几个时期进行的各种物质的合成，都跟DNA、RNA和蛋白质的功能分不开的;物质的合成过程中需要能量。在教学过程中向学生进行结构与功能观、物质与能量观的生命观念的渗透。

2.植物细胞和动物细胞有丝分裂过程突破

教学思路：用连续的动画展示植物细胞的细胞周期中分裂间期和有丝分裂前、中、后、末期以及形成子细胞的过程，然后展示教材配图，让学生边看，教师边讲解各个时期的特点。讲解过程中，向学生渗透结构与功能观、物质与能量观。再用连续的动画展示动物细胞的细胞周期中分裂间期和有丝分裂前、中、后、末期以及形成子细胞的过程，学生自行总结动、植物细胞有丝分裂的相同点和不同点。最后，让学生构建分裂间期以及有丝分裂各个时期的特点比较的概念模型以及动、植物细胞有丝分裂的相同点和不同点的比较的概念模型。概念模型的构建，有利于学生对植物细胞和动物细胞有丝分裂各个时期特点的掌握，加深对知识点的理解，有助于知识的内化，提高学生对知识的归纳总结能力。细胞增殖过程中需要能量。在模型构建过程中，进一步渗透结构与功能观、物质与能量观的生命观念。

布置课后作业，让学生构建物理模型：绘制动、植物细胞有丝分裂过程中各个时期的图像。物理模型的构建，更形象生动，有利于学生对植物细胞和动物细胞有丝分裂各个时期特点进一步的理解与掌握，提高学生知识应用能力。在模型构建过程中，学生可以对知识进行深加工，有助于学生知识的内化过程，提高了学生的结构与功能观、物质与能量观的生命观念。

3.细胞周期中染色体、染色单体和核DNA的数量变化突破

教学思路：让学生回忆进行有丝分裂细胞的细胞周期中分裂间期和有丝分裂前、中、后、末期以及形成子细胞的过程中每个时期的特点。然后进行模型建构的第一步：总结、分析各个时期的特点，如表3所示。

第二步：根据表3，让学生填写表4。表4是染色体、核DNA和染色单体数量变化的表格形式的数学模型。表4内容为进一步构建细胞周期中染色体、核DNA和染色单体的数量变化的曲线形式的数学模型做准备。

第三步：根据表4，构建细胞周期中染色体、核DNA和染色单体的数量变化曲线的数学模型，如图4。

第四步：数学模型构建好后正确与否，还要进行检验和修正。把图4所示的数学模型，代入多种进行有丝分裂的动、植物细胞的细胞周期中，检验染色体、核DNA和染色单体的数量变化。

在构建细胞周期中染色体、核DNA和染色单体的数量变化曲线数学模型的过程中，可以锻炼学生的抽象思维能力、归纳概括能力，提高学生的科学思维能力。在模型构建过程中，可以锻炼学生对知识的运用能力，也进一步提高学生结构与功能观、物质与能量观的生命观念。

四、结语

建模教学，有助于学生知识的有意义建构，加深学生对知识点的理解，提高学生归纳总结能力，有助于学生对知识的内化和深加工，学生在建模过程中不仅可以巩固所学知识，还可以学会运用知识。在“细胞的增殖”内容的建模过程中，通过对学生生命观念的渗透，提高了学生的结构与功能观、物质与能量观，从而提高学生的学科核心素养。

本文通过梳理“细胞的增殖”这一节内容所包含的生命观念，以及分析这一节内容所涉及到的模型的具体体现，阐述教学过程中突破重难点各种模型构建的应用，在建模过程中促进学生生命观念的形成，以期能给一线教师的建模教学提供一些参考。

参考文献：

[1]陈卫东.模型建构在高中生物新课程教学中的应用[J].教学与管理，2011（4）：69-71.

[2]黄佳慧.高中生物学教学中概念模型的应用现状及对策研究[D].沈阳师范大学，2019.

责任编辑  钟春雪