淺談自制生物教具突破教學(xué)難點(diǎn)二三例

李梅

生物學(xué)課程的基本理念是：面向全體學(xué)生，提高學(xué)生的生物科學(xué)素養(yǎng)，倡導(dǎo)探究性學(xué)習(xí)。生物學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科。實(shí)驗(yàn)教學(xué)能啟迪學(xué)生解決問題的智慧，提高學(xué)生的生物科學(xué)素養(yǎng)。但是，在生物學(xué)教學(xué)中，直接使用真實(shí)研究對象的實(shí)驗(yàn)是有困難或難以進(jìn)行的，因而模擬實(shí)驗(yàn)成為解決以上問題的一個(gè)重要方法。而學(xué)校教學(xué)儀器的配備卻不能滿足課堂教學(xué)所需，這時(shí)就需要教師開動(dòng)腦筋，利用簡便易行的方法，就地取材，自己動(dòng)手制作教具。

自制教具是指教師在教學(xué)活動(dòng)中為了講解教學(xué)重難點(diǎn)，而自己設(shè)計(jì)制作的模型、儀器、圖文圖表等感性材料的總稱。在新課程標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施過程中，自制教具在生物教學(xué)中不可缺少，它不僅能使微觀知識(shí)放大化，抽象理論具體化，感性認(rèn)識(shí)理性化，提高學(xué)生的理解力，發(fā)展學(xué)生的觀察能力和思維能力還可以豐富課程教學(xué)資源，彌補(bǔ)學(xué)校教學(xué)儀器配備的不足，擴(kuò)大學(xué)生動(dòng)手操作使用教具的機(jī)會(huì)。筆者在教學(xué)中常使用自己制作的教具。

1 制作“噬菌體侵染細(xì)菌”的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?/p>

1.1 設(shè)計(jì)意圖

“噬菌體侵染細(xì)菌”的實(shí)驗(yàn)是驗(yàn)證DNA是主要遺傳物質(zhì)的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)。由于該實(shí)驗(yàn)是在特定的實(shí)驗(yàn)室條件下進(jìn)行的，學(xué)生無法親自動(dòng)手操作，缺少感性認(rèn)識(shí)，這給學(xué)習(xí)帶來了一定的困難。教材雖然采用了圖文并舉的編寫方法，筆者也曾采用掛圖及多媒體課件等分步演示實(shí)驗(yàn)過程，可教學(xué)效果均不理想。學(xué)生學(xué)完這部分內(nèi)容后，常常是疑問重重，如對放射性同位素分布情況的分析出現(xiàn)誤差。為了突破此教學(xué)難點(diǎn)，筆者嘗試制作了“噬菌體侵染細(xì)菌”的實(shí)驗(yàn)演示器。

1.2 材料和用具

透明的礦泉水瓶、白色和紅色卡紙、雙面膠、筆桿、剪刀。

1.3 制作方法（圖1）

細(xì)菌：用空礦泉水瓶代表大腸桿菌。

噬菌體：分別用正方形白色和紅色卡紙折成中空的正方體，其中一面中間開一小口，代表噬菌體的頭部。再分別用白色和紅色卡紙折成長方體，兩頭開口，方便放入DNA，代表尾部。最后，將兩者用雙面膠粘在一起，組合成蛋白質(zhì)的外殼。用剪刀剪出長15 cm、寬3 cm的白色和紅色紙條各一個(gè)，繞在筆桿上使其呈螺旋型，代表噬菌體的DNA。

1.4 模擬實(shí)驗(yàn)

用礦泉水瓶代表大腸桿菌，紅色教具表示被放射性同位素35S標(biāo)記的蛋白質(zhì)和被放射性同位素32P標(biāo)記的DNA，白色教具表示未被標(biāo)記的蛋白質(zhì)和DNA。將白色的DNA放入紅色的蛋白質(zhì)外殼中，組裝成被35S標(biāo)記的噬菌體；將紅色的DNA放入白色的蛋白質(zhì)外殼中，組裝成被32P標(biāo)記的噬菌體。

用紅色的蛋白質(zhì)外殼和白色的DNA組裝成被35S標(biāo)記的噬菌體（圖2），侵染未被標(biāo)記的大腸桿菌，模擬攪拌并離心后的結(jié)果，放射性主要存在于上清液中。

用白色的蛋白質(zhì)外殼和紅色的DNA組裝成被32P標(biāo)記的噬菌體，侵染未被標(biāo)記的大腸桿菌（圖3），模擬攪拌并離心后的結(jié)果，放射性主要存在于沉淀物中。

這樣用具體的教具模擬實(shí)驗(yàn)分步演示實(shí)驗(yàn)過程，代替抽象的講解，讓學(xué)生置身于實(shí)驗(yàn)探究的全過程。當(dāng)DNA注入到大腸桿菌時(shí)，學(xué)生臉上露出期待的眼神，爭先恐后喊出放射性的主要分布部位，學(xué)生的課堂參與程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出教師的預(yù)期，輕松突破教學(xué)中的難點(diǎn)，降低了學(xué)生學(xué)習(xí)的難度，課堂效率明顯提升。

2 制作“模擬重組DNA分子”模型

2.1 設(shè)計(jì)意圖

在講到“基因工程操作的基本步驟”一課時(shí)，教材上的理論很簡要，就是“基因工程的操作一般要經(jīng)歷四個(gè)步驟：提取目的基因、目的基因與運(yùn)載體結(jié)合、將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞、目的基因的檢測與鑒定。

學(xué)生對基因工程并不陌生，不僅大眾傳媒上常有介紹，市場上銷售的食品中，有的也會(huì)涉及。但由于這一理論既抽象又晦澀學(xué)生對“如何利用限制性核酸內(nèi)切酶提取目的基因、怎樣利用DNA連接酶將目的基因與運(yùn)載體結(jié)合”缺少感性認(rèn)識(shí)，所以，課堂教學(xué)效果也不盡人意。

為此，筆者查閱資料，設(shè)計(jì)和制作了“模擬重組DNA分子”的簡單教具。

2.2 材料和用具

粉色和白色紙各一張、黑色筆、粉色和藍(lán)色水彩筆各一支、剪刀、透明膠帶（學(xué)生兩人一組，準(zhǔn)備以上材料）。

2.3 制作方法

目的基因：在一張長20 cm、寬2 cm的粉紅色紙條上依次等距離寫上下列字母（字母要清晰、工整），表示含目的基因的DNA片段（圖4）：

……TACGAATTCCTACGGACTGCGAATTCTAG……

……ATGCTTAAGGATGCCTGACGCTTAAGATC……

質(zhì)粒：在一張30 cm、寬2 cm的白色紙條上依次等距離寫上下列字母：

……GCATTAGTACCGCTAGAATTCCATCGCTACCATGTATTCTC……

……CGTAATGATGGCGATCTTAAGGTAGCGATGGTACATAAGAG……

然后，將白色紙條的兩端用透明膠帶相連呈環(huán)狀（圖5），表示常用的運(yùn)載體——質(zhì)粒。

限制性核酸內(nèi)切酶：用剪刀代表EcoR I進(jìn)行DNA“切割”。

DNA連接酶：用透明膠帶代表DNA連接酶。

2.4 模擬實(shí)驗(yàn)

在課堂上，筆者用自制的教具向?qū)W生演示：

先從含目的基因的DNA片段的一條鏈上找到EcoR I的識(shí)別序列G-A-A-T-T-C，并在G-A之間進(jìn)行“切割”；然后再從另一條鏈上互補(bǔ)的堿基之間尋找EcoR I相應(yīng)的位點(diǎn)剪開，將獲取的目的基因的一端做上標(biāo)記為A端，另一端標(biāo)記為B端（圖6）。

接著在質(zhì)粒的一條鏈上找到EcoR I的識(shí)別序列G-A-A-T-T-C，并在G-A之間進(jìn)行“切割”；然后再從另一條鏈上互補(bǔ)的堿基之間尋找EcoR I相應(yīng)的位點(diǎn)剪開，剪開后的兩個(gè)黏性末端分別標(biāo)記為C端、D端（圖7）。

待綠色和粉紅色兩色紙條上的切割位點(diǎn)全部切開后，將粉紅色紙條上的DNA片段，重組到綠色紙條的切口處。此時(shí)，用透明膠帶（代表DNA連接酶）將切口粘結(jié)起來，重組DNA分子的模型完成（圖7）。操作時(shí)要注意，不同顏色的黏性末端要能互補(bǔ)配對。

教師啟發(fā)學(xué)生觀察、思考：這是否是唯一的連接方式？為何會(huì)出現(xiàn)圖8所示的情況？如何避免該情況的發(fā)生？

教師通過引導(dǎo)、安排學(xué)生制作模型來模擬基因工程的操作過程，使學(xué)生切身體會(huì)基因工程“剪、拼、接、轉(zhuǎn)”的主要過程?？雌饋砗唵蔚慕叹邊s在課堂上收到了極好的教學(xué)輔助效果，不僅幫助學(xué)生直觀地了解了基因的“剪刀”、基因的“針線”的作用，還為學(xué)生學(xué)習(xí)基因工程專題打下了基礎(chǔ)。

3 “標(biāo)志重捕法”實(shí)驗(yàn)材料及方法改進(jìn)

3.1 設(shè)計(jì)意圖

人教版高中生物教科書《必修3·穩(wěn)態(tài)與環(huán)境》第四章第一節(jié)“種群的特征”中提到，調(diào)查動(dòng)物種群密度的常用方法是標(biāo)志重捕法。對動(dòng)物種群密度的調(diào)查，很難以實(shí)地調(diào)查方式展開，教師可通過模擬實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，讓學(xué)生領(lǐng)悟有關(guān)科學(xué)方法。筆者查閱了蘇教版教材中使用的模擬方法，在實(shí)踐過程中遇到了一些問題。如：黃豆的顆粒過小，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)時(shí)浪費(fèi)時(shí)間；黃豆和紅豆的大小是有區(qū)別的，易出現(xiàn)混合不均勻的情況，從而增加實(shí)驗(yàn)誤差；用紅豆模擬標(biāo)記后的動(dòng)物，再次放回，易讓學(xué)生發(fā)生混亂。因此筆者對該模擬實(shí)驗(yàn)的材料、用具及使用方法進(jìn)行了改進(jìn)。

3.2 材料與用具

黑豆或白蕓豆若干，不干膠貼紙、1個(gè)大燒杯、培養(yǎng)皿（2人一組）。

3.3 模擬實(shí)驗(yàn)

（1） 從大燒杯中取出部分黑豆（或白蕓豆），用貼紙做上標(biāo)記后并計(jì)數(shù)（M）。

（2） 將標(biāo)記好的黑豆（或白蕓豆）放回大燒杯中。

（3） 充分混勻后，從燒杯中隨機(jī)抓取一把黑豆（或白蕓豆），記錄抓取的總數(shù)（n），并計(jì)數(shù)其中被貼紙標(biāo)記的黑豆（或白蕓豆）的數(shù)量（m）。

（4） 根據(jù)公式，估算黑豆（或白蕓豆）的總數(shù)。

（5） 重復(fù)3次，求N的平均值。

學(xué)生親自動(dòng)手模擬該實(shí)驗(yàn)，不僅領(lǐng)悟了科學(xué)方法，還培養(yǎng)了共同學(xué)習(xí)，團(tuán)隊(duì)合作的精神。

教師根據(jù)教學(xué)目的和學(xué)生實(shí)際情況的需要制作并使用教具，既解決了生物教學(xué)中的難點(diǎn)問題，還能激發(fā)學(xué)生的興趣，對提高學(xué)生生物學(xué)素養(yǎng)非常有益。

參考文獻(xiàn)

[1] 李建剛.現(xiàn)代教學(xué)的理論與實(shí)踐[M].山東：山東教育出版社，1995，9.

[2] 朱正威，趙占良.遺傳與進(jìn)化教師教學(xué)用書[M].北京：人民教育出版社，2006，7.