將“樂高”積木引入生物學課堂教學的案例及啟示

嚴玉萍

(浙江省杭州第十四中學鳳起校區(qū) 310006)

在我校中美STEM教育論壇中，來自美國印第安納州的教師Joye Myers給國際部高二學生上了一堂別開生面的生物學課。其中，印象最深的是在教學過程中運用“樂高”積木作為教具，寓教于樂，讓學生在體驗和活動中學習。本文重現(xiàn)該學生活動的流程，論述了實施效果以及對我國生物學教學的啟示。

1 情境引入

Joye Myers選擇“蛋白質合成”一課進行了全英文的授課。在課堂一開始，她通過講授和視頻兩種方式，結合紙質教案介紹基因如何指導蛋白質的合成，提出“轉錄”和“翻譯”這兩個步驟，并讓學生逐漸習慣她的英語發(fā)音，掃清了語言障礙，為接下來的學生活動做好了準備。

2 學生活動

2.1 教師課前準備 ①印有背景知識、活動流程、深入探究的紙質教案；②核糖體索引卡(用以記錄mRNA上密碼子序列、tRNA上反密碼子序列、氨基酸序列的卡片)；③密碼子表(圖略)；④20種不同顏色、大小和形狀的“樂高”積木顆粒，以代表組成蛋白質的20種氨基酸，分別裝在20個透明盒子中(圖1)。

圖1 “樂高”積木代表的20種氨基酸

2.2 學生活動步驟 具體如下：

(1)前后左右的學生形成四人小組。第一位學生扮演RNA聚合酶，記錄下四人的出生年月日，再按教案中的對應關系，將數字轉換成mRNA中的堿基序列。例如，0、4對應于堿基C；1、5、8對應于堿基A；2、6、9對應于堿基G；3、7對應于堿基U。由于起始密碼子通常是AUG，故教案中給出了AUG________，供學生補充完整。

(2)第二位學生扮演核糖體。讀取mRNA上的遺傳信息，并和扮演tRNA的第三、四位學生聯(lián)系。即在核糖體索引卡上將mRNA中的堿基序列轉換為tRNA中的堿基序列，并使用密碼子表將其進一步轉換為氨基酸序列，告訴tRNA(第三、四位學生扮演)他們應該轉運的氨基酸種類。

(3)第三、四位學生按照指示，去細胞質(教室)中尋找對應的的氨基酸，并將其攜帶至核糖體(第二位學生)處，再由第二位學生按核糖體索引卡上的氨基酸序列搭建樂高積木，形成蛋白質。

(4)不同小組之間比較最終蛋白質產物(圖2)的結構，說出不同之處。

圖2 “樂高”積木組裝成的蛋白質

(5)隨堂進行了7題的問題測試。

(6)進一步探究活動。建議學生嘗試用其他代碼編碼DNA堿基序列來完成該活動，或者轉換扮演角色來完成該活動。介紹基因突變的概念，讓學生探究其會給蛋白質合成帶來怎樣的影響。

3 案例啟示

3.1 重視激發(fā)興趣多于知識傳授 關于DNA堿基序列問題，美國教師并沒有讓學生通過美國國立生物技術信息中心(NCBI)的網站來獲取(雖然我校AP國際部學生可以自由上網)，而是用四人小組中各位學生的出生年月日代表DNA的堿基序列，進而轉換出mRNA的堿基序列。筆者在課后與執(zhí)教者交流過該問題，她說原因有兩個：①因為這節(jié)課的設計重點是讓學生參與“基因指導蛋白質合成”的模擬活動，而非基因序列的查詢；②從學生的生日出發(fā)獲取DNA堿基序列，更貼近生活實際，容易激發(fā)學習興趣。美國高中教育對學生興趣的激發(fā)和保護的重視由此可窺豹一斑。在對教學目標的考量中，對學生興趣的培養(yǎng)明顯高于對知識技能的傳授。而國內教師在平時的教學過程中可能更多地考慮到科學性與嚴謹性，對趣味性與生活化往往重視不夠。

3.2 重視學生活動多于習題操練 從本節(jié)課的時間安排來看，前面背景知識介紹用了10 min，后面的學生活動用了25 min，最后5 min用來進行隨堂檢測及給出進一步探究的建議，從時間安排上足可見執(zhí)教者對于學生活動的重視。在活動中，學生分別扮演了角色。尤其是在“核糖體將特定序列的氨基酸組裝成蛋白質”這一過程中，執(zhí)教者大膽引入孩提時非常熟悉的“樂高”積木，真正體現(xiàn)了“寓教于樂，讓學生從玩中學、從做中學”的理念。從活動之后的隨堂問題檢測結果來看，本節(jié)課收到了較好的教學效果，問答題的正確率達到80%以上，絕大多數學生能用自己的語言來表達基因如何控制蛋白質的合成。對比于筆者平時的教學行為，在課堂中可能更多地側重于知識與技能、過程與方法目標的達成。由于課時局限，往往舍不得花太多時間去開展學生活動。通過觀摩課，體會到學生對于活動的喜愛、參與活動過程中思維的高度活躍，以及充分調動學生積極性之后，收到意外的教學效果。也啟發(fā)今后可用磁力棒來模擬染色體(鋼珠模擬著絲粒)輔助減數分裂的教學，可用圍棋來做分離定律的模擬實驗，可用撲克牌來模擬染色體組等。

3.3 重視知識產權 注重對知識產權的保護，也和教育有著密不可分的關系。在Joye Myers這節(jié)課的教學過程中，筆者留意到幾個細節(jié)：①即使是只在課堂使用而不公開發(fā)表的教案，執(zhí)教者也在末尾標明了參考文獻；②在執(zhí)教者課前準備的“密碼子表”中，最后一行也清晰可見“圖片經麥格勞-希爾公司許可使用”；③在課堂上播放的“基因表達”的視頻也依然標明了出處。從這些細節(jié)可見，教師對尊重知識產權這一理念起到了很好的推廣和示范作用。筆者意識到，在今后的教學行為中，還有許多可改進之處。例如，在編制學案、教案過程中，對于引用到的圖片、文字等資源應標明出處；在課堂上使用他人制作的視頻、音頻等資料時，也應說明來源并致謝；甚至在援用學生制作的模型、小發(fā)明創(chuàng)造時，也應該說明作品來自哪位學生。教師工作具有其特殊性，對學生有著潛移默化的影響力，要想提高國民對知識產權的整體認知度，教師在其中起的作用可謂不可或缺，責無旁貸。