活动减数分裂模型的制作研究1.docx
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活动减数分裂模型的制作研究1
活动：
减数分裂模型的制作研究
一、课标分析
模型方法是以研究模型来揭示原型的形态、特征和本质的方法，是逻辑方法的一种特有的形式，在人们理解事物的本质，探索未知规律的过程中起着重要作用。
模型舍去了原型的一些次要的、非本质的细节，以简化和理想化的形式去再现原型的各种复杂结构、功能和联系，是连接理论和应用的桥梁。
模型与原型及理论的关系如下：
模型的种类很多，一般所说的模型主要有物理模型、数学模型、概念模型等。
物理模型：
用实物代替原型进行研究的方法。
如DNA双螺旋模型，叶绿体结构模型等。
数学模型：
用符号、公式、图象等数学语言表现生物学现象、特征和状况的方法，如酶的活性随温度变化而变化的曲线，豌豆实验中9∶3∶3∶1的比例关系等。
概念模型：
用想象的抽象概念或图形代替原型进行研究的方法，如光合作用过程模型，呼吸作用过程模型，血糖的来源与去向模型等。
最新制定的《高中生物课程标准》对模型方法的学习和应用提出了一些具体的要求，如在“知识目标”第一条明确提出“获得生物学基本事实、概念、原理、规律和模型等方面的基础知识，知道生物科学和技术的主要发展方向和成就，知道生物科学发展史上的重要事件。
”在“课程设计思路”中也要求“领悟假说演绎、建立模型等科学方法及其在科学研究中的应用”，“领悟系统分析、建立数学模型等科学方法及其在科学研究中的应用”。
学好模型方法不仅对学生学习生物科学有帮助，而且还有助于学生将来进行科学研究，更好地解决生活和工作中的问题。
二、教学分析
“减数分裂模型的制作研究”活动安排在高中《生物学》（浙江科技出版社）必修二遗传与进化模块，第二章基因和染色体的关系，第一节减数分裂和受精作用第三课时进行。
减数分裂是细胞的有丝分裂的继续，又是遗传与变异的细胞学基础。
学好这节课既有助于加深理解有丝分裂过程，又是学好遗传与变异的必要条件，所以在知识上它起到了承上启下的作用，这决定了该节教学的重要性。
为了加深学生对减数分裂这一过程的理解，每位生物教师都花费了大量的心血，优秀案例比比皆是，在教学设计上也各有特色，为了突出减数分裂过程中染色体行为、数目的变化，有的教师采用边讲边画图的方法，有的教师制作了形象直观的教具，还有许多教师采用多媒体辅助教学的方法，都取得了很好的效果，而“模型方法”更不失为一种非常有效的方法。
让学生在活动过程中亲身体验减数分裂过程中染色体的规律性变化，并使用模型解决一些实际问题，在解决问题的过程中将“外在之物”转化为“为我之物”，更深层次地理解减数分裂这一核心概念。
从学生的角度分析，高中学生已经具备了建模能力，而且相比前面提到的以教师讲授为主的几种教学形式，学生对这种能够主动参与建模过程的教学形式更感兴趣，很乐意参与其中，这样可以缓解学习压力，起到事半功倍的效果。
三、重点难点
1．教学重点阐明减数分裂过程中染色体行为和数目的规律性变化，在建构物理模型和数学模型的过程中逐渐建构起减数分裂的概念模型。
2．教学难点研究减数分裂与遗传规律的联系、减数分裂异常引起的遗传效应等，认同“减数分裂是遗传与变异的细胞学基础”这一观点。
四、教学目标
1．知识目标
（1）模拟减数分裂过程中染色体的行为，阐明减数分裂过程中染色体行为和数目的规律性变化。
（2）比较减数分裂与有丝分裂的异同，指出减数分裂与遗传规律之间的联系。
2．能力
（1）运用模型方法分析和解决学习、生活中遇到的一些问题。
3．情感态度与价值观
（1）体验减数分裂过程中染色体的动态变化，认同生命是运动的、有规律的。
（2）尝试制作模型解决减数分裂学习中遇到的问题，感悟正确的科学研究方法对科学研究的重要性。
五、活动过程
程序
活动过程
说明
准
备
阶
段
材料用具：
有多媒体（包括实物投影仪）的教室，教师预先做好的多媒体课件。
全班同学以同桌的2人为一小组，每组准备黄色和蓝色橡皮泥各一盒，2张8K白纸，小标签，记号笔。
学生复习高中《生物学》教材（浙科版）必修一第105～110页“细胞的增殖”、必修二第1～19页“孟德尔定律”、必修二第27～28页“减数分裂过程中的染色体行为”。
认真复习有丝分裂、减数分裂、遗传定律等相关知识，确保活动顺利进行。
建
立
减
数
分
裂
的
物
理
模
型
学生在教师的指导下制作模型（教师边演示边讲解）。
（1）用橡皮泥先制作2个蓝色的和2个黄色的染色单体，每个长约5cm，直径约0.6cm；再用同样的方法，制作2个蓝色的和2个黄色的染色单体，每个长约8cm，直径约0.6cm。
（2）用橡皮泥制作直径约0.8cm的2个蓝色的和2个黄色的小圆球，代表着丝粒。
（3）把颜色和长短相同的两个染色体并排放在一起，在两条长约5cm的染色体中部用相同颜色的着丝粒把他们粘在一起，代表减数分裂开始时已复制完成的一条染色体。
用同样的方法做出其他3条已复制的染色体模型。
（4）取8K纸1张，勾勒出细胞形状，并在细胞的两极绘出中心体和星射线。
细胞要画得足够大，使之能容纳你所制作的4条染色体。
橡皮泥也可以用小纸片、毛线等材料替代。
也可以用细铁丝把两条“染色单体”缠绕起来，表示着丝粒。
程序
活动过程
说明
模
拟
减
数
分
裂
过
程
假设某动物体细胞内有4条染色体，下面请用制作的模型模拟该动物精原细胞的减数分裂过程。
要求2个同学合作，在教师的指导下，模拟减数分裂过程中染色体的变化，边模拟边思考下列问题，并纪录此时细胞中染色体、染色单体和DNA的数量。
前期I
模拟：
把两条5cm长的染色体配对，两条8cm长的染色体也配对，放在细胞中。
思考：
此时每条染色体包含两条，并由一个连接。
配对的两条染色体叫做 ，他们大小相同，颜色不同（表示一条来自方，一条来自方），配对的每对染色体含有四条染色单体，叫做一个 ，这一时期的 之间经常发生交叉现象，并交换部分染色体片段。
你能尝试利用模型把交叉互换现象表示出来吗？
记录：
此时细胞内有染色体条，染色单体条，DNA分子个。
中期I
模拟：
抓住着丝粒小心地将两对染色体移到细胞中央的赤道面上。
思考：
每对同源染色体在纺锤丝的牵引下向细胞中央移动，并整齐地排列在细胞中央的上。
后期I
模拟：
抓住着丝粒把配对的两条染色体同时分开，并分别拉向细胞的两极。
要明确活动的最终目的是更深层次地理解减数分裂这一核心概念，因此要注意每一步的操作所对应的生物学意义，而不是简单的把减数分裂过程演示一边，这是保证模型制作研究成功的关键。
交叉互换既是减数分裂过程中染色体的重要行为，也是学生理解配子多样性形成的基础，但是这个过程比较抽象，学生不好理解，通过模型，可以直观地把这个过程展示出来。
程序
活动过程
说明
模
拟
减
数
分
裂
过
程
思考：
彼此分开，在的牵引下分别向移动，但每条染色体的两个染色单体仍然由着丝粒连着，细胞的两极都只能得到的一条染色体。
减数分裂后期I与有丝分裂后期染色体行为有什么区别？
。
记录：
此时细胞内有染色体条，染色单体条，DNA分子个。
末期I
模拟：
染色体到达细胞两极后，在细胞中央的赤道面上勾勒线条，描出两个子细胞。
思考：
细胞中央向内凹陷，形成两个子细胞，子细胞内的染色体数目只有，并且每个染色体具有两条。
记录：
此时细胞内有染色体 条，染色单体 条，DNA分子 个。
前期II
模拟：
取另一张8K白纸，用线条勾勒出两个子细胞和纺锤体，并将染色体移到这两个子细胞中。
思考：
这个时期时间很短，每个染色体含有两条。
此时细胞内 （有／没有）同源染色体。
记录：
此时细胞内有染色体 条，染色单体 条，DNA分子 个。
要让学生真正理解减数分裂后期I，同源染色体分离的同时，非同源染色体表现为自由组合，这是基因分离定律和基因自由组合定律的细胞学基础。
要让学生理解减数分裂中染色体真正减半发生在减数分裂第一次分裂结束时。
程序
活动过程
说明
模
拟
减
数
分
裂
过
程
中期II
模拟：
抓住着丝粒小心地各将子细胞中的两条染色体移到细胞中央的赤道面上。
思考：
染色体的与纺锤丝相连，并在纺锤丝的牵引下整齐地排列在细胞中央的上。
这个过程与有丝分裂中期大致相同，他们之间最大的区别是减数分裂中期II在细胞中没有，而有丝分裂中期有。
记录：
此时每个细胞内有染色体条，染色单体条，DNA分子个。
后期II
模拟：
小心地把着丝粒分成两半，把两条姐妹染色单体分开，并把分开后的着丝粒再粘到子染色体的中间部位。
抓住着丝粒把两条子染色体同时分开，分别拉向细胞的两极。
思考：
每个染色体的都一分为二，分离，在的牵引下向细胞的两极移动。
分开后的两条子染色体 （是／不是）同源染色体，为什么？
记录：
此时每个细胞内有染色体条，染色单体条，DNA分子个。
后期II染色单体分开后形成的两条子染色体是不是同源染色体？
这是学生容易理解错误的一个问题。
通过活动，让学生直观地认识到，虽然这两条子染色体大小形状一样，但是他们的颜色相同（即都来自父方或都来自母方），不符合“同源染色体一条来自父方，一条来自母方”的条件。
程序
活动过程
说明
模
拟
减
数
分
裂
过
程
末期II
模拟：
染色体到达细胞两极后，分别在两个细胞的赤道面位置勾勒线条，描出四个子细胞。
思考：
染色体到达两极，两个子细胞各自分裂，最终形成个子细胞。
记录：
此时每个细胞内有染色体条，染色单体条，DNA分子个。
建
立
减
数
分
裂
的
数
学
模
型
将“模拟减数分裂过程”中记录的各时期染色体、DNA和染色单体数量填入下表，并根据这些数据在坐标图上绘制它们变化的曲线图，找出染色体和DNA复制、加倍、减半的时期，染色单体出现与消失的时期。
减数分裂第一次分裂
减数分裂第二次分裂
间期
前期I
中期I
后期I
末期I
前期II
中期II
后期II
末期II
染色体
2n
DNA
2a
～4a
染色单体
0c～4c
在“物理模型”的基础上，建立起减数分裂过程中染色体、DNA和染色单体数量变化的“数学模型”，实现从“具体”到“抽象”的转变。
培养学生绘图能力、信息转换能力。
程序
活动过程
说明
展
示
与
讨
论
（1）在活动过程中，我拍到了以下两张照片，请问这两组同学模拟得对吗？
为什么？
答：
都不正确。
左图染色体臂的摆动方向错误，因为染色体是在纺锤丝的牵引下向两极移动，所以染色体臂应该略微向染色体运动的相反方向摆动；右图表示的是减数分裂后期II，姐妹染色单体分开，并分别向细胞两极移动，来自同一条染色体的两条子染色体的颜色应该是一样的。
（2）在模拟减数分裂后期I的时候，我发现同学们的染色体有两种排法（如下图），这两种排法哪一是正确的或都是正确的？
说明理由。
答：
都正确。
因为这两个图表示的是减数分裂后期I同源染色体分离的过程，在同源染色体分离的同时，非同源染色体表现为自由组合，所以分到细胞一极的染色体有可能是两条蓝（黄）色的或一条蓝色一条黄色。
（3）据研究发现，控制生物性状的基因主要位于染色体上，假设某动物的基因型是Aa，染色体复制后基因在染色体的分布如下图所示，请用模型演示A与A、A与a、a与a等基因分开的时期。
答：
A与A分开、a与a分开的时期都是减数分裂后期II，而A与a分开的时期是减数分裂后期I（如下图）。
学生活动过程中，教师要注意观察和指导，如有条件，可用数码相机拍下来，模拟活动后进行展示与讨论，纠正一些错误的移动过程。
也可以预先设计一些错误的图片，让学生判断。
为理解“基因分离定律、基因的自由组合定律的实质”作好铺垫。
通过模拟活动，初步理解在减数分裂过程中基因与染色体平行行为，为后面章节的学习作好铺垫。
程序
活动过程
说明
展
示
与
讨
论
（4）某细胞在减数分裂后期I一对同源染色体没有分开，那么最后得到的子细胞中异常的比例是多少？
如果是减数分裂后期II一对姐妹染色单体分离后没有分开，那么最后得到的子细胞中异常的比例是多少？
请用减数分裂模型模拟这两个过程并回答问题。
后期I异常
后期II异常
建议让学生脱离实物模型，在白纸上绘出染色体的行为变化示意图或者在大脑中想像染色体行为变化的过程，找出答案。
程序
活动过程
说明
展
示
与
讨
论
从上图可知，如果是减数分裂后期I一对同源染色体没有分开，那么最后得到的子细胞全部异常。
从上图可知，如果是减数分裂后期II一对姐妹染色单体分离后没有分开，那么最后得到的子细胞一半正常、一般异常。
（5）回忆减数分裂过程中染色体行为规律，判断以下图片所处的时期，并在后面的方框中画出下一个时期的细胞结构图。
培养学生识图、绘图能力。
总
结
在今天的活动过程中，我们逐渐建立起了减数分裂的物理模型、数学模型和概念模型，对减数分裂这一概念的深层含义，减数分裂与有丝分裂、减数分裂与遗传规律之间的横向联系都有了进一步认识。
模型方法在人们理解事物的本质，探索未知规律的过程中，起着重要作用，希望同学们能很好地学习并能应用这一方法来解决学习和工作中遇到的问题。
六、教学设计说明
1、整个活动过程整体上可以分成两个阶段。
第一阶段是建构模型过程，包括“建立减数分裂的物理模型”、“模拟减数分裂过程即建立减数分裂的动态模型”、“建立减数分裂的数学模型”三部分内容；第二阶段是模型的应用。
从心理学中记忆的信息加工理论来分析，“建构模型过程”也就是建立减数分裂知识联系、提高对减数分裂知识理解水平和优化知识结构的过程，可以有效促进相关知识的意义建构和有效储存，同时也为信息的迅速提取提供有效的提取线索。
而“模型的应用”阶段则是调取知识信息解决问题的过程，可以进一步提升对知识的加工水平，增强对减数分裂本质的认识。
所以“模型的应用”过程也是能力的形成过程，能力是在建构模型活动的基础上通过知识的迁移来实现，同时能力的形成又会反过来促进模型的建构。
所以在活动过程中，要合理地处理好这两个阶段的关系。
不应该把活动简单地理解成教材中减数分裂中染色体变化图解的“动态再现”，而是要让学生理解减数分裂过程中染色体变化的深层意义，引导学生实现其思维活动的两次飞跃：
一是从抽象—→具体的飞跃（即用已有部分的知识与经验用于实践中模型的构建）；二是从具体—→抽象的飞跃（即通过及时完善模型加深对知识理解），使学生获得知识和能力的同步发展。
2、要注意学生在活动过程中的主体地位。
模型构建强化了学生对减数分裂过程染色体规律变化的观念和印象，为学生进一步获取系统知识确立了前提条件。
在活动过程中，通过引导学生对物理模型的制作、演示、分析、讨论，从而建立染色体和DNA数目规律性变化的数学模型，最终达到对减数分裂本质深层次认识的目的。
模型方法的精髓乃是体现在探索与发现之中,不亲身经历这些探索,很难发现其中的要素与关键之所在。
所以要让学生置身于探索生物学现象、发现生命规律的活动中,在建立模型的过程中学会观察和统计的方法、实验的方法、归纳与演绎的方法、近似的方法等。
在课堂中教师应注意把握好引导性和开放性，坚持让学生自己唱主角。
引导学生提出问题、分析问题、通过各种途径寻求答案，在解决问题的思路和科学方法上加强点拨和引导，这样，学生就会主动地去思考、探索，顺着科学的思路和方法去感知、去思索，在不知不觉中领略到生物科学的真谛。
3、制作模型的材料除了橡皮泥外，还可以采用纸片、毛线等替代，活动的过程与橡皮泥模型基本类似。
另外我们也可以采用表演的方式来建模，表演时由8名同学（4男4女）组成一个表演小组，每个同学代表一条未曾复制的染色体，男同学（要求穿黄色上衣）表示来自父方的染色体，女同学（要求穿红色上衣）表示来自母方的染色体。
2名女同学（或男同学）手拉手表示复制后的染色体，手分开表示着丝粒的分裂。
其他同学手拉手围成一个大圈表示细胞的轮廓。
代表染色体的8名同学在圈内演示减数分裂过程中染色体的变化。
4、这堂课的容量比较大，要及时调控学生展示活动的时间，教师可以在学生活动中用数码相机拍摄一些典型错误的照片，用多媒体进行集中展示反馈，并及时纠正。
或者在课前预先设计几个典型错误，让学生辨别，更好的掌握减数分裂各时期细胞的特点。
也可以让学生在课后进行进一步展示与相互纠错。
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