“细胞周期”是高中生物学细胞分裂教学的一个重要概念，2018年4月浙江省普通高校招生选考科目考试生物学试题第21题和2020年1月浙江省普通高校招生选考科目考试生物学试题第16题着重考查该知识点及相关拓展问题。在教学过程中，教师将教学重点放在细胞分裂过程和特点方面，忽视了细胞周期概念的教学，尤其是与该概念拓展延伸有关的“细胞周期同步化”和“双阻断”类难题。
浙科版高中生物学对细胞周期的定义是“连续分裂的细胞从一次分裂结束到下一次分裂结束所经历的整个过程”
［1］，并附有细胞周期示意图。人教版概念和浙科版概念没有差别，但是在概念之后附有不同细胞的细胞周期持续时间表和细胞周期示意图
［2］，在新课教学过程中，教师也多采用教材的图片进行讲解，或者运用多媒体动画来突破概念。笔者也用过这种方式来进行教学，尴尬的是，细胞周期的概念一讲就会，但学生在遇到“双阻断”类习题时一做就废。笔者现以如下题目为例进行分析。
典例：一个处于培养状态下的细胞群，处于细胞周期各时期的细胞均有若干，其数量与时长成正比，已知细胞周期各阶段的时长如
表1所示。
TdR是一种DNA合成可逆抑制剂，只抑制DNA合成，去除后可解除抑制。现对该细胞群依次进行如下操作：①加入TdR；②维持12 h；③去除TdR；④维持12 h；⑤加入TdR；⑥维持7 h；⑦去除TdR。下列叙述正确的是（ ）。
A.操作①可以使全部细胞停止分裂活动；
B.操作④后不存在有染色单体的细胞；
C.理论上操作②后处于S期（不含G1/S临界处）的细胞占7/19；
D.理论上操作⑦后各细胞将处于细胞周期的同一阶段。
类似的问题错误率普遍较高，问题的症结是学生不能将一个细胞分裂各时期（G1、S、G2、M）的变化与群体细胞在细胞周期的变化有效联系起来——群体中的细胞分裂是不同步的，有先有后。
为了解决这类难题，笔者尝试制作了“表盘式”细胞周期演示模型，用该模型进行细胞周期概念的教学，通过课堂教学的演示操作和课后学生的模拟练习，发现既有助于学生对细胞周期概念的理解，又有利于突破“双阻断”类难题的瓶颈，效果非常好。
1 模型的结构
“表盘式”细胞周期演示模型结构如
图1所示，包括四部分，分别是底座、支柱、表盘和指针。底座起平衡和稳定表盘的作用，支柱连接表盘和底座并支持表盘。表盘是整个教具模型的主体部分，包括可动盘（绿色扇形）和不动盘（红色圆盘），其中不动圆盘（半径15 cm）按照细胞周期中各时期的时间比例划分为大小不同的弧度（各时期的弧度数=各时期的时间/细胞周期×360°），并依次标注出各时期的时长（本模型各时期的弧度以本文典例为例，G
1期为5 h，S
1期为7 h，G
2期为4 h，M期为3 h），白色可动扇形盘半径为10 cm。4个颜色和长短不同的指针和可动扇形盘固定在圆盘轴心，用于定位指向所研究细胞的起始或终止时期。与指针可以同时转动的扇形盘用于表示重点研究的某一时期的细胞在细胞周期中的分布范围（本模型用于表示处于S期的细胞，该时期的时长为7 h），用弧形箭头表示细胞周期中各时期的依次顺序。
演示时，通过单个特定指针的转动表示特定的一个细胞在分裂过程中依次经过的各个时期，转动扇形盘表示S期所有细胞完成分裂所经过的时期。
2 模型在教学中的应用
2.1 细胞周期概念的教学
在运用该模型进行教学时，强调以一个细胞为例，依次讲述其在各个时期所经历的时间段，尤其相邻两个时期的起止点。使用时先将蓝色指针重叠置于M与G
1之间的粗线处，用于表示刚完成分裂产生的子细胞即将开始下一次的分裂，旋转同心圆后面的螺丝，细指针旋转，依次经过G
1→S→G
2→M，并重新回到G
1与M之间的粗线处，整个过程所经历的时间段，即为所研究的特定细胞的一个细胞周期。步骤细节如
表2所示。
在演示过程中，需要注意细节性问题，尤其是强调指针进入（起始时间）和离开（终止时间）某一分裂时期的时间点及所需的时长，并适时提问学生下列问题：①各时期的名称；②细胞完成各个时期需要的时间。以这两个问题为契机，拓展提出高阶问题：处于某一时间的众多细胞，完成某一时期的起止时间（如处于S期的细胞最快小时完成细胞分裂，完全完成分裂需要小时）。
在教学中，教师可以让学生自己操作模型，首先要清楚处于某一时期（如S期）最早的细胞和最晚的细胞在模型上的位置，然后转动代表该时期的扇形模块，从模型上可以读出扇形模块的左边界和右边界到达模型原点所需的时间。
2.2 双阻断类难题的突破策略
该类问题的关键是要学生明白，在研究细胞分裂时并不是研究一个细胞，而是有分裂能力的一群细胞，处于某一时期的细胞有很多，而且细胞并不是同步化的，阻断的目的是所有细胞同步化，达到步调一致的分裂（类似体育课所有学生从同一位置的齐步走），就需要先后运用阻断剂阻断两次才能实现——这是学生难以理解的，正是该模型可以解决的问题。下面以TdR可逆抑制剂阻断DNA合成（阻断S期）为例，演示该模型在突破本文案例教学中的使用方法。
（1） 第一次阻断时间的演示。
演示该过程需要首先使学生明白第一次用TdR阻断的目的是使所有处于S期的细胞稳定在S期，而非S期的细胞分裂则不受影响，但是这些细胞在完成分裂后还能再分裂，完成下一次分裂的G1期，但是会被阻断在S期之外，完成第一次阻断所需时间的演示过程需要3个环节：①让蓝色的粗指针静止处于G1与S期交界处，表示已经完成了分裂，但是被阻断剂阻断不能进入S期的细胞所处的时间点（0点），扇形（代表处于S期的细胞）与大圆盘的S区重叠且不动，表示被TdR阻断在S期的细胞，该阻断剂不影响非S期的细胞分裂。②紫色和蓝色指针同步顺时针转动（代表不受阻断剂影响的非S期细胞继续分裂），当蓝色指针到达G1时刻时保持不动（表示不能再次进入新的S期细胞），之后蓝色指针继续转动（代表没有到达S期的细胞继续分裂），直到完成下次分裂的G1期后静止于G1时刻（表示受TdR阻断尚未进入新的S期细胞），但是紫色指针（代表不受阻断剂影响且滞后的细胞）依次经过G2期（4 h）、M期（3 h）、G1期（5 h），通过该教学环节演示，让学生明白第一次用TdR阻断需要的作用时间是G2+M+G1。在演示完该环节后，教师适时提出问题：通过该环节是否实现所有细胞同步化的目的？这一问题至关重要，学生明白该环节只是实现了使所有的细胞处于S期（该时期有的细胞DNA将开始复制，有的处于复制过程中，有的复制完成），但是还没有达到同步化的效果。
（2） 解除第一次阻断剂所需时间演示。
该段时间用以演示洗脱TdR后，使S期的细胞完成DNA复制，并离开S期。此时蓝、紫代表完成G1期的细胞（即将进入S期），绿色针处于S时刻，代表刚进入S期的细胞，而粉色指针代表已经完成S期即将进入G2期的细胞，转动代表S期扇形和其两侧的4个指针同步转动，直到扇形完全离开S区域，此时蓝、绿、紫色3根指针重叠于底盘所代表的G1时刻。通过该环节的演示，实现了使被阻断的细胞重新开始分裂，并全部离开S期。教师可以启发学生明白完成该过程的时间不少于S期（7 h），但是不能超过G2（4 h）+M（3 h）+G1（5 h）的时间和（12 h），即不能进入下次分裂的S期。
（3） 第二次阻断实现细胞的同步化演示。
该段用于演示再次加入TdR后，完成DNA复制离开S期继续完成细胞分裂，但是产生的子细胞不能再次进入S期。在上次的基础上，转动代表S期的扇形和4根指针，并使其同步转动，当粉色指针到达G1时刻时不再转动（表示被再次阻断的细胞），而扇形和其他3根指针继续同步转动，直到4根指针重叠于底盘的G1/S时刻，这样实现了所有的细胞均被阻断于G1时刻，不能再进入S期——达到细胞同步化的目的，该过程所需的时间为G2（4 h）+M（3 h）+G1（5 h）=12 h。
2.3 启发学生动手操作模型演示细胞分裂某一过程，加深学生理解和运用模型的能力
在教师讲解演示的基础上，引导学生操作演示模型，教师在学生操作过程中适时提出下列问题。
（1） 处于M期细胞进入下个细胞周期的S期最快需要的时间和最慢需要的时间各是多少？
（2） G2期细胞彻底完成细胞分裂所需要的时间是多少？
（3） 第一次阻断完成后处于S期细胞所占的比例是多少？
让学生自己动手操作表盘教学模型，重复演练表盘模型中有关指针和对应模块所代表的细胞完成某一时期的起止位置所需要的时间，这样上述问题就迎刃而解了。在此基础上趁热打铁，完成与细胞周期有关的典型习题，进行巩固。
3 演示过程中应注意的问题
在运用该教具演示的过程中，教师要提醒学生代表S期扇形的起点和终点处指针分别表示处于S期即将进行DNA复制的细胞和即将完成DNA复制的细胞，每次转动指针和扇形时应告诉学生需要经历的时间和代表的实际含义。
4 该模型用于教学的优点
该模型新颖且可操作性强，既可以运用于新课的细胞周期概念的教学，也可用于与细胞周期有关的习题的讲解，使用起来方便、直观、形象，便于学生接受，印象深刻，学科组内的教师也经常使用该模型进行教学。后续笔者还会进一步修改完善，使模型更加美观，操作起来更加方便。
杭州市教科室教师课题“模型构建在高中生物教学中的应用”(2024X431)
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