建構(gòu)“軟磁鐵模型”突破教學(xué)難點(diǎn)的課例分析

王麗

摘 要 模型制作是高中生物教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生思維能力、想象能力、動(dòng)手能力及創(chuàng)新能力的重要途徑。通過教學(xué)實(shí)踐，筆者認(rèn)為軟磁鐵模型的使用效果較好，此模型能長期保存使用、經(jīng)濟(jì)環(huán)保。通過實(shí)例淺談軟磁鐵模型的制作方法及其在幫助學(xué)生在理解遺傳變異中相關(guān)概念時(shí)的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞 軟磁鐵 模型 遺傳變異 概念辨析

中圖分類號 G633.91 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 B

無論在科學(xué)研究還是在學(xué)習(xí)科學(xué)的過程中，模型和模型方法都起著十分重要的作用。教育部頒布的 《普通高中生物課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)）》中，明確將獲得生物學(xué)模型的基本知識作為課程目標(biāo)之一，并在內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)或活動(dòng)建議部分做了具體的規(guī)定。模型是以研究模型來揭示原型的形態(tài)、特征和本質(zhì)的方法，是以簡化和直觀的形式來顯示復(fù)雜事物或過程的手段。

人教版生物必修1教材對模型的定義是：“模型是人們?yōu)榱四撤N特定目的而對認(rèn)識對象所做的一種簡化的描述，這種描述可以是定性的，也可以是定量的；有的借助于具體的實(shí)物或其他形象化的手段，有的則通過抽象的形式來表達(dá)”。教材中所說的三種模型即物理模型、概念模型和數(shù)學(xué)模型。物理模型是指以實(shí)物或圖畫形式直觀地表達(dá)認(rèn)識對象特征的模型，既包括靜態(tài)的結(jié)構(gòu)模型，又包括動(dòng)態(tài)的過程模型。本文簡述筆者在生物教學(xué)中，利用軟磁鐵作為材料構(gòu)建物理模型突破遺傳變異中的概念教學(xué)中相關(guān)難點(diǎn)的一些做法。

1 軟磁鐵作為構(gòu)建物理模型材料的優(yōu)點(diǎn)

軟磁貼質(zhì)地較柔軟，主要成分為軟質(zhì)橡膠，類似厚紙片，是一種背面帶磁鐵的材料，其表面可用記號筆標(biāo)寫，擦洗修改方便；軟磁貼可視化效果好，色彩多樣，且尺寸可任選或自行裁剪，方便構(gòu)建各種平面物理模型；軟磁鐵模型使用簡便，目前教室內(nèi)的黑板多以鐵為材質(zhì)，可以吸附在黑板上；軟磁鐵模型便于操作，根據(jù)教學(xué)活動(dòng)需要在軟磁鐵模型上面用記號筆書寫一些必要文字，或者粘貼在黑板上時(shí)，用粉筆輔助文字說明。這種模型最大的優(yōu)點(diǎn)是生動(dòng)形象，既能靜態(tài)說明也能動(dòng)態(tài)展示，克服了多媒體演示轉(zhuǎn)瞬即逝的缺點(diǎn)，教師親手演示模型給學(xué)生看，在教學(xué)中取得的效果非常明顯。

2 利用軟磁鐵制作基因、染色體等素材、零件的基本步驟

制作者可以直接在軟磁鐵上畫出基因、染色體的模式圖，然后用剪刀等工具裁剪；也可以將要演示的結(jié)構(gòu)或過程畫在大白紙上，然后蒙在軟磁鐵上，照著模子剪下來即可。如果模型結(jié)構(gòu)比較簡單，就可直接用水筆在軟磁貼上畫好，沿著畫好的輪廓剪好即可。如果模型比較復(fù)雜，手工繪畫不容易，就可從網(wǎng)上下載或在畫圖工具中制好模板或模型圖片，按一定比例把模型圖片打印出來，再把打印圖片用固體膠黏貼到軟磁貼上，最后沿圖片輪廓剪好。關(guān)于模型的尺寸大小，要以教室內(nèi)最后一排學(xué)生看清楚為宜。

建立模型的一般程序：

（1） 掌握原理：本文中所要解決的是基因、DNA、染色體及三種可遺傳變異——基因突變、基因重組、染色體變異等知識點(diǎn)中的一些難點(diǎn)辨析，所以構(gòu)建模型前應(yīng)理順需要解決的相關(guān)問題和如何用模型突破難點(diǎn)。

（2） 明確類型：本文中明確所構(gòu)建的模型屬于物理類型，以圖片、圖畫、拼接轉(zhuǎn)移等操作進(jìn)行表達(dá)。

（3） 構(gòu)建草圖（框架）：選擇適當(dāng)?shù)膱D形、文字、符號在草稿紙上勾勒出草圖，搭建框架。構(gòu)建時(shí)只需要考慮普遍存在的情況即可，一般不考慮極少數(shù)情況或特例。

（4） 修飾完善：對照原理查驗(yàn)所構(gòu)建的草圖（框架），確保其科學(xué)性，修飾完善模型；然后進(jìn)一步結(jié)合軟磁鐵材料構(gòu)建出正式的模型，力求規(guī)范、簡潔、直觀、有美感。

（5） 補(bǔ)充：對一些模型要添加必要的文字說明、示例、圖注等，使模型更科學(xué)、更清楚、更規(guī)范。

在實(shí)際建模過程中各種生物模型的建構(gòu)過程有一定的差別。模型制作原則是實(shí)現(xiàn)模型原型高度的相似相近，這樣做的目的不是為制作模型而制作，而是讓學(xué)生通過制作模型，再現(xiàn)難以直接觀察的微觀或宏觀的生命結(jié)構(gòu)或過程，使原型知識得到進(jìn)一步鞏固和理解。

3 利用模型演示突破部分“遺傳和變異”易混淆的概念

本文相關(guān)的軟磁貼模型構(gòu)建如圖1～圖6所示：

3.1 認(rèn)識基因的本質(zhì)，辨別等位基因的本質(zhì)區(qū)別

筆者在教學(xué)中發(fā)現(xiàn)學(xué)生對基因的本質(zhì)及等位基因的理解存在一定的問題，教師通過直接講授或多媒體的瞬間演示難以使學(xué)生清晰掌握。

基因就是“一段能通過它所編碼的蛋白質(zhì)來說話的DNA”，它可以再分成幾個(gè)單字，每個(gè)單字稱作字區(qū)（domain）。目前認(rèn)為基因即具有遺傳效應(yīng)的DNA片段?？梢酝ㄟ^圖1所示的軟磁鐵模型演示。

基因A與a是一對等位基因，它們位于一對同源染色體的同一位置上，控制著生物的一對相對性狀，其最根本的區(qū)別是兩者的堿基序列不同。以上概念辨析可以通過圖2所示的軟磁鐵模型演示。

3.2 區(qū)別基因突變與染色體結(jié)構(gòu)變異

由于DNA分子中發(fā)生堿基對的增添、缺失或改變，而“引起的基因結(jié)構(gòu)的改變”就叫做基因突變。而DNA分子上絕大多數(shù)片段都不是基因。所以，DNA上大部分堿基不屬于基因的堿基，DNA上堿基變化，不一定就是基因上的堿基變化。此概念辨析可以用圖3所示的軟磁鐵模型演示。

如果基因中發(fā)生部分堿基對的增添、缺失或改變，而使基因的內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，就叫基因突變。例如：染色體上的某個(gè)基因的3個(gè)堿基對缺失而引起該基因內(nèi)部發(fā)生變化，這是基因突變，基因突變是在“堿基水平”上發(fā)生的變異；如果堿基對的缺失在以基因?yàn)閱挝坏幕A(chǔ)上變化，而不是基因內(nèi)部，例如：某一染色體上有100個(gè)基因，由于基因片段缺失，還剩90個(gè)基因，少了10個(gè)基因，此時(shí)就叫染色體變異，屬于染色體結(jié)構(gòu)變異中的“缺失”。大量堿基對的缺失導(dǎo)致整個(gè)基因缺失，這已經(jīng)屬于“染色體結(jié)構(gòu)水平”上的變異?？梢栽趫D3的基礎(chǔ)上進(jìn)一步構(gòu)建丟失若干堿基對的軟磁鐵模型演示。

3.3 辨別基因重組的兩種類型

基因重組有兩種情況，一種是可以發(fā)生在減數(shù)分裂過程中以及非同源染色體上的非等位基因之間，這叫自由組合，發(fā)生在減數(shù)第一次分裂的后期；另一種是發(fā)生在同源染色體聯(lián)會(huì)時(shí)的非姐妹染色單體之間，這叫做四分體交叉互換，發(fā)生在減數(shù)第一次分裂的前期。學(xué)生對這樣的兩種類型往往混淆不清。此相關(guān)概念的辨析可以通過圖4、圖5所示的軟磁鐵模型演示。

此外，這個(gè)模型可以讓學(xué)生直觀地辨別同源染色體上的非等位基因和非同源染色體上的非等位基因，并指出孟德爾基因的自由組合定律中的基因指的是后一種類型。

3.4 辨別基因重組中四分體交叉互換與染色體結(jié)構(gòu)變異中的易位

交叉互換屬于基因重組的一種類型，發(fā)生在減數(shù)分裂過程中同源染色體中的非姐妹染色體單體之間；而易位屬于染色體結(jié)構(gòu)變異，是發(fā)生在非同源染色體之間，兩種情況發(fā)生的對象不同。

教師在講解中特別要強(qiáng)調(diào)片段轉(zhuǎn)移發(fā)生在同源染色體之間還是非同源染色體之間。此相關(guān)概念的辨析可以通過圖5、圖6所示的軟磁鐵模型演示。

4 利用軟磁鐵構(gòu)建物理模型輔助課堂教學(xué)的感悟

筆者利用軟磁鐵構(gòu)建物理模型進(jìn)行生物教學(xué)時(shí)，有如下的思考：首先，軟磁鐵作為構(gòu)建模型的材料只要準(zhǔn)備充分，便一勞永逸，永久性的重復(fù)使用，且此模型可組裝性強(qiáng)，在多個(gè)教學(xué)板塊均可使用，例如文中所提到的一些模型在講基因突變、基因重組、染色體變異、基因工程等新授課內(nèi)容以及進(jìn)行高三綜合復(fù)習(xí)時(shí)均可用；其次，軟磁鐵構(gòu)建模型與教學(xué)難點(diǎn)相鏈接，有利于進(jìn)行知識點(diǎn)之間的前后聯(lián)系，使用策略簡單，便于讓學(xué)生參與。當(dāng)然，模型在使用時(shí)不能流于形式，在模型教學(xué)中需要讓學(xué)生明白其不是“玩具”，形成正確使用模型教具的態(tài)度，掌握使用方法，更重要的是要在情感上認(rèn)同“物理模型”建構(gòu)思想。

參考文獻(xiàn)：

[1] 宋正海.利用軟磁貼制作生物學(xué)模型[J].實(shí)驗(yàn)教學(xué)與儀器，2015（1）：70.

[2] 趙艷.基于模型教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維[D].陜西師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，2013.

[3] 任守運(yùn).高中生物新課程中“模型制作”課題教學(xué)建議[J].中學(xué)生物教學(xué)，2009（09）：43-44.

[4] 曾娟.課堂精設(shè)計(jì)，模型增魅力——高中生物“碳循環(huán)”一課的教學(xué)設(shè)計(jì)[J].中學(xué)生物學(xué)，2015（10）：27-29.