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“构建减数分裂模型”一节教学设计理解模型、领悟模型方法是高中生物学新课程标准的重要内容之一模型是对原型客体的简化、抽象,从而显现原型客体的本质属性用模型来解释一些生物学现象时,会变得直观、易懂进行模型构建活动是领悟模型和模型方法在科学研究中应用的重要途径本文以“减数分裂的模型制作研究”为例,谈谈模型建构活动的组织和实施1学情分析学生已具有有丝分裂相关知识,初步了解减数分裂的过程中染色体的行为但是减数分裂过程牵涉同源染色体、联会、四分体、交叉互换、自由组合等复杂过程,本身又是微观、抽象的现象,为学习难点通过模型构建可以变微观、抽象为直观、形象,便于掌握2教学策略和思路
2.1体验模型构建过程先通过复习帮助学生建立减数分裂的概念模型进行小组分工合作,在教师的引导下,讨论、设计,构建物理模型(实物模型)在此基础上拓展延伸,进行减数分裂数学模型的构建,总结减数分裂过程中的染色体、DNA、染色单体等变化行为及规律并将数学模型应用于解释生物学现象
2.2体验小组合作学习合作技能、合作态度和精神的培养是高中学生发展的重要内容通过小组成员间的分工协作,交流互动,改变了单一的师生交流渠道,为学习提供了同伴的互助的学习资源小组合作学习还能提高学生的交流、评价能力,及时发现创新性的学习资源和思维闪光点,提高模型构建能力3教学组织和实施
3.1分组全班学生按“组内异质、组间同质”的原则,根据性别比例、兴趣倾向、学习水准、交往技能、守纪情况等合理搭配,分成7个学习小组,每组6人,按长方形围坐,以便学生面对面地进行小组讨论设组长、汇报员、记录员、噪音控制员各一名
3.2材料准备减数分裂概念模型剪切图纸(带磁性)、红色和蓝色橡皮泥若干、铅化白纸、2cm长的细铁丝、签字笔等
3.3概念模型的构建生物学中有些属性相关的旧概念,会对新概念的学习造成干扰如有丝分裂作为学生已学的旧概念,既是学习减数分裂的基础,同时会对减数分裂的特征和规律的学习造成干扰,影响学生对减数分裂本质属性的掌握先从复制次数、分裂次数、是否出现联会、四分体及同源染色体分离、各时期特点、DNA数及染色体数的变化等方面设计表格,列表比较,明确两者共同属性和区别然后,教师利用事先准备的分别画有分裂各个时期图像、写有减数分裂各个时期染色体的行为特点的磁性卡片,无序排放,让学生在黑板进行排序,逐渐形成清晰、明确的减数分裂概念模型,如图1-后期-中期-后期►I►I I►I I同源染着丝点分源染染色色体排裂,子染体联体的列在赤色体移向出现复制道板两两极分体侧同源染色体分开,非同源染色体自由组合减数第一次分裂减数第二次分裂图
13.4物理模型构建领悟,来自于操作和体验要领悟模型方法的非凡意义,必须让学生亲自动手制作模型,在制作中去体验
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4.1模型设计讨论模型的设计前安排各小组成员进行独立思考每个学生有了初步想法后再进行探究、交流,共同解决问题没有独立思考,合作学习就失去了基础设计模型时可以思考以下问题1设计一对同源染色体的模型,同源染色体有什么特征?构建模型时如何体现同源染色体其中一条来自父方、一条来自母方?2设计复制后的染色体模型,复制形成的姐妹染色单体之间有什么特征?用什么材料将姐妹染色单体连起来?3准备制作模型对一个原始生殖细胞进行减数分裂的过程进行动态模拟还是分别制作各时期的染色体模型进行静态展示?各有什么优缺点?4如果以一个细胞两对同源染色体为例,进行模型构建,前期I、中期I、后期I、中期H、后期H、末期H总共需要用到多少白纸、橡皮泥做的染色体和铁丝?交流讨论、形成一致方案是小组合作学习的主要环节倾听是一种重要的交流技能期间要求学生学会表达,更要学会倾听记录员要记录下各成员的主要观点、独到之处等噪音控制员要及时提醒成员注意音量控制出现分歧时,组长要适当的加以引导和解决
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4.2模型制作1教师首先利用不同颜色的橡皮泥,制作一对同源染色体,给学生展示2组长的分工可以让每位成员构建一个时期的模型,或一个成员构建细胞轮廓,另一成员搭建染色体,最后由其他成员进行组装记录员、汇报交流员、噪音控制员各司其职3在白纸上绘制纺锤体,形成细胞轮廓4制作各时期染色体、染色单体5在细胞内进行染色体的位置摆放,制作各个分裂期的模型,并形成正确顺序通过组长的组织协调,逐步形成小组合作的行为规范,如积极参加小组活动,主动提出自己的想法和建议,避免一些无关学习的不良行为的产生,保证模型制作的顺利进行教师在进行不间断巡查,及时了解学生的动态对学生在合作中的行为及时合理评价,对小组出现的困难进行适当的指导
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4.3表达交流一模型评价1纠正、完善模型各小组模型制作完成后,让各小组相互交换,观摩其他小组制作的模型,并与本小组的模型进行比较从模型的科学性、美观度等方面进行适当的评价,对模型进行完善2汇报员作汇报主要汇报以下内容小组模型制作的思路、分工情况、模型制作过程出现的困难和错误、模型制作过程中的创新之处或者新的发现3发现和创新在模型交流评价过程中,学生有了新发现和精彩的创新如,有的同学发现其他组模型中期n的染色体组成与本小组的不同,即本小组的两个中期n细胞的染色体组成为大红和小红、大蓝与小蓝,而其他组的却是大红和小蓝、大蓝和小红经过分析,认识到在后期I同源染色体分离的同时,非同源染色体的组合是随机的,从而领悟到自由组合的思想,更加深刻理解孟德尔基因的自由组合定律的实质还有的同学有创新之处,考虑到了同源染色体的非姐妹染色单体的交叉互换,其制作的模型中很好的体现了这一点在同源染色体的非姐妹染色单体上出现了不同颜色的染色单体片断,阐释了一种基因重组的来源
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4.4小组合作学习的评价评价是教师了解教学过程,调控教学行为的重要手段小组合作学习中的评价要有利于学生相互促进、主动学习,包括对小组整体的评价和小组成员个人的评价评价要关注学习的结果,针对制作模型的科学性与精美度,评价时设立最佳模型奖;同时更要关注学生合作学习的过程,针对学生在模型制作过程中的参与度设立最佳参与奖;考察学生在合作学习中交流、协作的情况,颁给协作交流最好的小组最佳协作奖给最有创意的模型制作小组颁发最佳创意奖,如上述模型制作中体现交叉互换的小组
4.5数学模型建构在物理模型制作的基础上,提出问题1减数分裂过程中染色体数是如何变化的?减数发生在第一次还是第二次分裂?请在坐标系中绘制染色体数变化的曲线图或直方图2绘制减数分裂中的DNA分子数的变化曲线图3具有两对同源染色体的原始生殖细胞,经过减数分裂可以形成几种染色体组成不同的子细胞?人的原始生殖细胞有23对同源染色体,可以形成多少种不同染色体组成的生殖细胞?含n对同源染色体的细胞呢?从中更加深刻理解生物的多样性4含有n对染色体的细胞,分裂形成的配子中全部含有来自母方染色体的几率是多少?通过以上问题的思考讨论,归纳减数分裂染色体、DNA数变化的规律,形成染色体DNA数量变化的数学模型,体验生物多样性及原因
5.6拓展与升华一一模型应用模型构建好之后,其教育价值并没有停止,还可将模型特征应用于问题的解决如在学习了遗传的染色体学说,可以在减数分裂物理模型上,将不同颜色的米粒白米、黑米等作材料,粘在橡皮泥上,进行基因分离定律和自由组合定律的实质的模拟还可用构建的模型进行各种类型的可遗传变异的模拟,如易位、缺失等染色体畸变、基因重组交叉互换,将各种变异通过模型直观的展现,利于学生掌握用不同颜色的细电线嵌入橡皮泥中,电线代表DNA中的脱氧核甘酸长链,模拟分裂过程中DNA的复制、DNA分子在减数分裂过程中的变化情况,理解DNA半保留复制的特征4教后反思减数分裂是一个较典型的概念模型抓住染色体的变化规律,通过物理模型、数学模型和概念模型的层层构建,将模型方法内化为学生的认知图式,从而获得认知水平的跃进最后将模型应用于解决生物学问题如减数分裂中DNA复制及变异的发生等问题,体现了模型的应用价值小组合作学习有助于学生学习兴趣的提高,交流合作技能的进步,体现课堂教学的学生主体性。