南武中学谢旼教学案例有丝分裂.docx

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南武中学谢旼教学案例有丝分裂

运用模型建构开展“植物细胞有丝分裂”教学的教学案例

南武中学生物科谢旼

本教学案例背景

本案例为南武中学生物科谢旼老师在2008年3月13日上的一节全市公开课。

（一）教学目标

1.知识目标

1）简述细胞周期的概念

2）比较有丝分裂不同时期的细胞及特点

3）概述有丝分裂过程中染色体、染色单体和DNA含量的变化规律

4）阐明有丝分裂的特征和意义

2.能力目标

1）尝试通过模型建构的方法进行有丝分裂的物理模型和数学模型的建构

2）学习用曲线图描述染色体、染色单体和DNA数量的变化规律

3.情感态度与价值观目标

1）在小组合作学习中，通过体验、参与、交流，建立有丝分裂动态变化的感性认识

2）通过对细胞周期以及有丝分裂过程中染色体、染色单体和DNA的规律性变化的学习，使学生对生命的运动性、对事物发展变化过程中由量变到质变的转化等哲学问题有正确的认识

（二）教学内容

1.教材内容的地位、作用与意义

细胞分裂的三种方式中，有丝分裂是最主要、同时也是非常重要的方式，主要包括动植物的有丝分裂过程特征、有丝分裂过程中染色体、姐妹染色单体和DNA的变化过程以及无丝分裂的概念和特点等。

对于植物细胞的有丝分裂，是学生在学习了“细胞的结构和功能”，了解了“细胞不能无限长大”，多细胞生物需通过增殖来增加细胞数目的基础上，进一步学习植物细胞有丝分裂的过程。

学生在掌握了植物细胞有丝分裂的过程中染色体行为和数量变化后，将更好地理解有丝分裂的实质以及有丝分裂对生物遗传的重要意义，为后面的动物细胞有丝分裂和减数分裂以及遗传变异规律的学习打下基础。

2.教材的重点和难点

教学重点：

植物细胞有丝分裂的过程

教学难点：

植物细胞有丝分裂过程中染色体、染色单体和DNA含量的变化规律

难点突破：

根据“将复杂问题简单化”的原则，先让学生分析、模拟一条染色体复制前后以及着丝点分裂后染色体、染色单体和DNA数目的变化，再通过模拟有丝分裂分裂期各个时期染色体行为的变化，归纳各时期的染色体、染色单体和DNA数目的变化规律，攻克难点。

（三）教学对象

1.学生已有知识和经验

学生已经学习了“细胞不能无限长大”的知识，了解到生物体的生长，既靠细胞生长增大细胞的体积，又靠细胞分裂增加细胞的数量。

学生对细胞增殖的必要性有了初步的认识，从而为植物细胞有丝分裂的教学奠定了基础。

2.学生学习方法和技巧

学生在学习“细胞不能无限长大”的知识时，已初步学习了用模型建构的方法，模拟探究“细胞大小与物质运输的关系”，学习运用联想的方法将模拟实验的结果迁移至真实的细胞，思考物质运输的效率与细胞大小之间的关系。

学生已具备一定的生物学知识，显现型思维不错，部分学生的分析综合能力较强，但抽象思维能力还需加强。

3.学生个性发展和群体提高

高一学生已具备基本的自我意识，对生物学的学习，绝大部分学生都能积极主动地参与课堂教学，学生具有一定的自主学习的能力。

但是，植物细胞有丝分裂过程这部分内容对学生来说还是非常抽象，学生没有基本的感性认识，教与学的难度较大。

以往的做法是教师先放一段植物细胞有丝分裂的动画，让学生有初步的感性认识，然后老师再分不同时期重放多媒体动画，详细讲解各时期的变化特点，要求学生画简图并做好笔记。

这种做法有其可取之处，讲授比较完整、具体，但是学生以被动学习为主，对有丝分裂动态变化有如过眼云烟，看了就忘，结果考试要过关还是靠死记硬背，而且老师并不完全了解学生在学习过程中存在的问题。

若学生对DNA、染色体和染色单体的关系和变化规律不清晰，就可能对染色体的行为和数目变化及意义的理解出现偏差，使后面的减数分裂和等位基因分离、非等位基因自由组合等知识的学习更难。

（四）教学策略

1.教学设计思路

新课程标准确定的能力目标包括操作技能、信息能力和科学探究能力三个方面，尤为重视科学探究能力的培养。

领悟和运用科学方法，对于发展科学探究能力至关重要。

模型和模型方法在现代生命科学中起着越来越大的作用，是现代高中学生必须了解和应用的重要的科学方法，它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、走入社会参加工作，更好地解决生活和工作中的问题。

模型是人们为了解决特定的问题，经过一定的简化、抽象，形成新型客体，从而使原型客体的本质属性以物质形式或思维形式显现出来。

这是一种重要的科学操作和科学思维的方法。

模型的建构一般从实践问题开始，运用直觉、逻辑、模拟等各种科学方法，通过概括、类比、演绎、综合、分析等多种科学方法，建立一个解决问题的模型，并在实践中进行证实、修改、检验，甚至重建。

有关模型建构的活动能有效地驱动学生针对现实的事物或现象提出问题，使学生既能学到知识内容，又能掌握更深入地运用和探究生物学知识所必需的思维方法，使探究能力得以提高，同时形成正确的对待科学问题的观点和态度。

人民教育出版社编著的《普通高中课程标准教科书·生物》提供了丰富的模型资源。

例如：

客观实物的相似模拟（实物模型）；真实世界的数学抽象（数学模型）；思想观念的文字表述（理论模型）；客观现实的形象显示（图像模型）等等。

通常，生物学中的模型可分为两大类：

物质模型和思维模型。

物质模型又可以包括天然模型和人工模型，思维模型由理想模型、数学模型和理论模型等组成。

模型教学不仅仅是模型结论运用的教学，更应是一个模型建构的过程式教学。

在教学过程中，利用模型的建构过程来引导学生进行探究。

因此，本人在本节课教学设计上本着从感性到理性的原则，参考了人教版必修二模型建构“建立减数分裂中染色体变化的模型”的做法，以问题入手：

一个真核细胞进行有丝分裂的结果是什么？

使2个子细胞相同的原因是什么？

在让学生思考有丝分裂的意义以及以何种方式来保证每个子细胞的染色体数目、形态与母细胞相同的同时，让学生两人一组，用不同长短和颜色的吸管重点模拟植物细胞有丝分裂过程中染色体行为的变化，借助具象模型建构使抽象的分裂过程形象生动地展现在学生面前。

同时要求学生在物理模型建构的过程中，观察细胞分裂过程中染色体、染色单体数量变化和DNA的含量变化，然后用坐标曲线图表示出染色体、染色单体和DNA的变化过程，建立一个有丝分裂过程中染色体、染色单体和DNA变化过程的数学模型，使学生进一步理解细胞分裂过程中染色体、染色单体的数量变化和DNA的含量变化的一般规律，为减数分裂和基因的两个基本规律的学习埋下伏笔。

2.教学方法

接受式学习和探究式学习相结合

3.教学媒体的选择与运用

多媒体课件；每两人小组分配红色、黄色长吸管各两支，红色、黄色短吸管各两支，图钉8个，纸板一张。

4.教学流程

程序

教师活动

学生活动

知识回顾

要求学生课前完成学案的“知识回顾”部分内容，为“有丝分裂”的学习打下基础。

学生完成学案内容：

1.原核生物有哪些？

2.真核生物有哪些？

3.高等植物细胞和高等动物细胞的主要区别

4.DNA和染色质、染色体之间的关系

简要学习细胞增殖的意义和了解真核细胞的三种分裂方式

教师简要讲述细胞增殖的意义：

是生物体生长、发育、繁殖和遗传的基础，以及真核细胞的三种分裂方式，指出有丝分裂是真核细胞的主要分裂方式。

学生完成学案相应部分练习：

1、细胞增殖的意义：

单细胞生物体通过细胞增殖而___________，多细胞生物从_________开始，要经过细胞的________和__________逐渐发育为成体。

小结：

细胞增殖是生物_________________________的基础。

2、细胞增殖的方式——细胞分裂

包括：

___________分裂（主要方式）；_____________分裂；____________分裂

3、细胞在分裂之前，必须进行一定的______________。

细胞增殖包括___________和_________整个连续的过程。

学习细胞周期

课件展示植物细胞有丝分裂的一个完整周期，使学生有初步的印象。

巩固练习

如图所示能够表示一个完整细胞周期的是（　）。

A.甲→乙B.乙→甲

C.甲→甲D.乙→乙

学生在理解教材内容的基础上回答问题，并完成学案相应部分内容。

细胞周期：

___的细胞，从__开始，到__止。

学生思考：

1.是否所有的细胞都有细胞周期？

2.细胞周期包括哪两个阶段？

在时间分配上有什么特点？

3.观察人教版必修一第112页图6-1“有丝分裂细胞周期”，图中哪条直线为一个细胞周期的结束？

一个细胞周期的起始处又在哪里？

学生做巩固练习时，较多人选择C。

要求学生分析图形，哪里是一个周期的结束？

甲还是乙？

结束呢？

从而引导得出正确答案D。

有丝分裂的意义

提问：

一个真核细胞进行有丝分裂的结果是什么？

使2个子细胞相同的原因是什么？

教师指出2个子细胞的染色体形态和数目与亲代是完全相同的。

教师通过展板演示一个母细胞内有4条染色体（用红、黄色长吸管各一支，红、黄色短吸管各一支来表示），分裂后形成两个子细胞，子细胞内各有形态、大小、数目相同的4条染色体。

要求学生思考中间需要通过哪些过程才会有这样的结果。

小结：

有丝分裂的意义：

将亲代细胞的染色体经过复制（实质为DNA的复制）之后，精确地平均分配到两个子细胞中，在细胞的亲代和子代之间保持了遗传性状的稳定性。

学生回答：

1个母细胞通过有丝分裂形成2个相同的子细胞。

关键是染色体（DNA）

学生回答：

可能是染色体复制后，再平均分配到两个子细胞中。

染色体复制

1.复习染色体和染色质的相互变化

2.辨析间期染色体复制前后的变化

明确着丝点的概念，以及复制前没有姐妹染色单体，复制后两条姐妹染色单体通过一个着丝点相连接。

在学生模拟的过程中，教师指出图钉是模拟着丝点，吸管是模拟染色体或染色单体。

师生共同分析模拟的正确和错误例子，指出2条染色单体上的遗传信息应该是完全相同的，所以应该用2条颜色和长短相同的吸管来表示2条姐妹染色单体。

师生共同归纳出复制前后以及着丝点分裂后染色体组成及形态的变化规律。

3.辨析与染色体和染色单体相关的染色体数目、着丝点数、染色单体数和DNA分子数，得出相应规律

学生明确染色质和染色体是同一种物质不同时期的两种形态，由DNA和蛋白质组成，一个是分裂间期的形态，一个是分裂期的形态。

学生进行染色体复制的模拟：

学生完成学案相应部分内容

染色体数目：

__________

着丝点数：

__________

染色单体数：

__________

DNA分子数：

__________

计算细胞中染色体上的DNA分子数：

有染色单体时，DNA分子数=___________；

没有染色单体时，DNA分子数=染色体数。

分裂间期

教师通过多媒体课件模拟展示植物细胞有丝分裂间期的动态过程，引导学生分析间期的主要变化及变化的结果。

以含4条染色体细胞为例，师生共同归纳出间期复制前后染色体数、染色单体数和DNA含量。

学生观察、思考并描述间期的主要特点：

DNA分子的复制和有关蛋白质的合成，同时细胞有适度的生长。

学生思考、填写学案间期复制前后染色体数、染色单体数和DNA含量。

分裂前期

1.教师通过多媒体课件模拟展示植物细胞有丝分裂前期的动态过程，引导学生观察前期所发生的主要变化有哪些。

2.教师通过吸管模拟高度螺旋后的染色体，要求学生思考在纸板上是否还要添加一些东西？

3.师生共同归纳出前期染色体数、染色单体数和DNA含量。

主要是形成纺锤体和染色体，核仁解体，核膜消失。

要用笔描绘出线条表示形成纺锤体

学生思考、填写学案前期染色体数、染色单体数和DNA含量。

分裂中期和后期的学习

先通过多媒体课件模拟展示植物细胞有丝分裂中期和后期的动态过程，引导学生观察中期和后期所发生的主要变化有哪些。

要求学生通过教师模拟前期染色体变化的示范，自行模拟植物细胞有丝分裂中期和后期的变化过程。

教师找不同小组同学在展板上分别模拟中期和后期，师生共同分析模拟情况。

教师引导学生思考中期的主要特点，使学生明白关键是着丝点排列在赤道板上，至于哪条染色体排在哪一侧在有丝分裂中并没有问题。

教师及时引导学生分析：

后期着丝点分裂后，姐妹染色单体被纺锤体牵引，分开形成两条子染色体，相互间的形态、大小是否相同？

染色单体分离，新形成的两条子染色体的形态应该如何？

在学生通过模拟明确了中期和后期的特点后，师生共同归纳出中期和后期染色体数、染色单体数和DNA含量。

中期：

着丝点排列在赤道板上

后期：

着丝点分裂，姐妹染色单体分开

学生模拟中期染色体行为变化，出现几种情况，互相争论

学生模拟有丝分裂后期染色体行为变化，又出现几种情况，互相争论。

学生通过老师的示范和多媒体课件进行思考。

分裂末期

教师通过课件模拟展示植物细胞有丝分裂末期的动态过程。

思考：

与分裂前期相比，分裂末期所发生的主要变化有哪些？

师生共同归纳出末期染色体数、染色单体数和DNA含量。

学生回答：

出现新的核膜和核仁；纺锤体和染色体消失；出现细胞板扩展成细胞壁

学生思考、填写学案末期染色体数、染色单体数和DNA含量。

课堂小结

分析比较数据表格中间期复制前和末期结束后染色体数、染色单体数和DNA含量，得出结论：

有丝分裂能够保持前后代细胞染色体数目和形态的相同。

师生共同归纳植物细胞有丝分裂各个时期的主要变化特征。

作业

学生课后完成学案的数形转换练习，分别画出有丝分裂染色体、染色单体和DNA的数量变化曲线图。

（五）教学反思

1.此课的难点在辨析一条染色体复制前后有多少条染色单体和DNA分子。

若学生能够通过模拟的方式明晰复制前无染色单体，复制后才有姐妹染色单体，则学生学习有丝分裂的过程会比较顺利。

所以该课前半段不能太快，要让学生彻底理解。

2.本节课的基本思路是通过学生模拟有丝分裂每个时期的染色体变化，先建立物理模型，然后建构数学模型，由具体到抽象，最后得出有丝分裂的内在规律，使学生的思维得到最大程度的锻炼，但也对学生的思维能力和注意力提出了较高的要求。

在实际教学中，发现一些学生并不能很好地完成思维的螺旋式提升。

因此，在教学中，针对思维能力较差的班级，先进行物理模型的建构，在学生初步掌握了有丝分裂的基本过程后，再让学生结合自己对物理模型的认识，建立有丝分裂过程中染色体、染色单体数量变化和DNA含量变化一般规律的数学模型，促进学生对知识的理解。

3.在这节课最初的教学设计中，是按照教材内容安排顺序，先进行细胞分裂过程的学习，最后才学习有丝分裂的意义。

结果学生学得糊里糊涂，不明白为什么一会儿一条染色体没有染色单体，一会儿一条染色体又有了两条染色单体，一会儿着丝点分裂，染色体又没有染色单体了。

对其中的变化不甚了了，只是毫无目的地摆弄吸管，偏离了原有的教学目标。

于是，对教学设计作了稍微的修改，在教学过程中先向学生提出问题：

一个真核细胞进行有丝分裂的结果是什么？

使2个子细胞相同的原因是什么？

以问题引导学生逐步思考有丝分裂的意义，以及以何种方式来保证每个子细胞的染色体数目、形态与母细胞相同，使学生在思考、观察中建构物理模型和数学模型，很好地促进了学生自主学习能力的提高，促进了学生对科学的学习方法的掌握。

4.通过模型建构的方式来学习有丝分裂，对学生的学习很有帮助，除了有活动体验外，还能暴露出学生许多理解上的问题，也为减数分裂、等位基因等知识的学习打下了基础。

如可以在吸管上插上工字钉，模拟等位基因，让学生思考染色体复制后等位基因的分布哪种情况是正确的。

还可以模拟减数分裂各个时期的情况，如下图所示。

（六）教学评价

本教学案例从学生的认知结构出发，先通过巧妙的设问：

“一个真核细胞进行有丝分裂的结果是什么？

使2个子细胞相同的原因是什么？

”引起学生的兴趣和思考，再利用多媒体课件和模型建构等方法，帮助学生充分理解整个有丝分裂的过程。

由于物理模型具有直观性和抽象性的特点，教师指导学生通过模型建构进行学习，很好地促进了学生认知水平的发展，再通过数学模型的建构，引导学生“发现”有丝分裂的实质，促进了学生对知识的深入理解。

学生在模型建构的过程中，置身于探索科学现象、发现科学规律的活动中，学会观察的方法、归纳与演绎的方法、近似的方法等。

本案例较好地体现了新课标的“四基”（基本知识、基本技能、基本思想、基本活动经验）要求，学生乐学、爱学、积极思考，绝大部分学生都掌握了有丝分裂的整个过程的特点及其数学规律。

附：

学案

第6章第1节细胞的增殖（第2部分1）

【知识回顾】

1.原核生物有哪些？

____________________；_________________

2.真核生物有哪些？

____________________；_________________

3.高等植物细胞和高等动物细胞的主要区别是高等植物细胞有________________，无________________。

4.DNA和染色质、染色体之间的关系：

染色质和染色体是___________的物质在细胞_________时期的_________种存在状态。

【问题探讨】

对于多细胞生物体来说，生物体的生长，既靠细胞生长增大细胞的体积，又靠细胞分裂增加细胞的数量，而细胞是不能无限长大的，那么生物体又以何种方式来增加细胞数量呢？

【细胞增殖】

1、细胞增殖的意义：

单细胞生物体通过细胞增殖而___________，多细胞生物从_________开始，要经过细胞的________和__________逐渐发育为成体。

小结：

细胞增殖是生物_________________________的基础。

2、细胞增殖的方式——细胞分裂

包括：

___________分裂（主要方式）；_____________分裂；____________分裂

3、细胞在分裂之前，必须进行一定的______________。

细胞增殖包括___________和_________整个连续的过程。

【有丝分裂】

1．细胞周期：

____________的细胞，从_______________开始，到____________________止。

例　如图所示能够表示一个完整细胞周期的是（　　）。

A.甲→乙B.乙→甲C.甲→甲D.乙→乙

2．分裂间期：

染色体复制（____________和______________）形成两条并列的____________________（由一个共同的_____________连接着）

3．染色体和染色单体：

染色体数目：

__________________

着丝点数：

__________________

染色单体数：

__________________

DNA分子数：

__________________

计算细胞中染色体上的DNA分子数：

有染色单体时，DNA分子数=____________________；

没有染色单体时，DNA分子数=染色体数。

4．模拟细胞有丝分裂分裂期：

材料：

红、黄色长吸管各2支，红、黄色短吸管各2支。

要求：

在纸上模拟植物细胞有丝分裂分裂期的各个时期，完成下列内容

1）在下表中归纳有丝分裂各个时期主要变化特征（以含4条染色体细胞为例）

时期

主要特点

分裂间期

染色体复制（____________和______________）形成两条并列的____________________（由一个共同的_____________连接着）

分裂期

前期

两失：

______________________________

两现：

______________________________

中期

_____________形态比较稳定，数目比较清晰，便于观察

_____________排列在细胞中央的_________________

后期

着丝点分裂为二，每个染色体的_______________分开，成为两个______________

末期

两现：

______________________________

两失：

______________________________

2）在下表中记录有丝分裂各个时期染色体、染色单体、DNA数目变化

以含4条染色体细胞为例

细胞周期

比较项目

间期

分裂期

前期

中期

后期

末期

染色体数（条）

染色单体数（条）

DNA含量（个）

【布置作业】

1．课本P114的基础题1-5

2．以体细胞里含有4条染色体为例，画一个处于有丝分裂中期的植物细胞

3．数形转换：

分别画出有丝分裂染色体、染色单体和DNA的数量变化曲线图

染色体

数量

（）8

（）

4

间期前期中期后期末期

染色

单体

数量

（）8

（）4

间期前期中期后期末期

DNA

变化

（）8

（）4

间期前期中期后期末期