小模型，大能量；多動(dòng)手，巧學(xué)習(xí)

李淑真

摘要：本文總結(jié)了模型建構(gòu)在人教版高中生物中的相關(guān)內(nèi)容，并以制作真核細(xì)胞三維結(jié)構(gòu)模型和改良染色體模型為例，思考模型建構(gòu)在高中生物教學(xué)中的意義與價(jià)值。

關(guān)鍵詞：模型建構(gòu)；高中生物；染色體教具；細(xì)胞模型

中圖分類號(hào)：G633.91文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B文章編號(hào)：1672-1578（2018）18-0138-02

模型建構(gòu)簡(jiǎn)稱建模，是指在問(wèn)題情境中形成符號(hào)、實(shí)體或抽象表征的過(guò)程和產(chǎn)物。建模是一個(gè)動(dòng)態(tài)的、復(fù)雜的及循環(huán)反復(fù)的過(guò)程，包括模型建構(gòu)、模型評(píng)價(jià)、模型使用及模型修正等。模型的種類主要有：尺度模型、類比模型、圖像和符號(hào)模型、數(shù)學(xué)模型和概念—過(guò)程模型等。高中生物知識(shí)從宏觀的生態(tài)系統(tǒng)到微觀的細(xì)胞、染色體、基因，以及生理過(guò)程中涉及動(dòng)態(tài)變化，抽象復(fù)雜，不易理解。這時(shí)能直觀描述和解釋事物內(nèi)外特征的模型就非常重要了。

1.人教版高中教材模型建構(gòu)內(nèi)容

高中生物必修1到3的課本中涉及的模型建構(gòu)較多，共8個(gè)，需要學(xué)生動(dòng)手完成的就有6個(gè)。歸納如下：

1.1必修1分子與細(xì)胞。

第3章《細(xì)胞的基本結(jié)構(gòu)》嘗試制作真核細(xì)胞的三維結(jié)構(gòu)模型；第4章第2節(jié)《生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型》利用廢舊物品制作生物膜模型。這兩個(gè)都屬于尺度模型，通過(guò)制作細(xì)胞膜和真核細(xì)胞的模型，學(xué)生能更清楚地理解細(xì)胞膜、細(xì)胞核及各個(gè)細(xì)胞器的結(jié)構(gòu)及功能。

1.2必修2遺傳與進(jìn)化。

第2章第1節(jié)《減數(shù)分裂和受精作用》建立減數(shù)分裂中染色體變化的模型。書(shū)本采用的是橡皮泥，筆者對(duì)染色體教具進(jìn)行改良，方便教學(xué)；第3章第二節(jié)《制作DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型》，通過(guò)制作該模型，加深DNA分子結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)；前兩者屬于尺度模型，而在第7章第1節(jié)《現(xiàn)代生物進(jìn)化理論的由來(lái)》一節(jié)中“達(dá)爾文自然選擇學(xué)說(shuō)的解釋”則屬于典型的概念—過(guò)程模型，該模型清晰地體現(xiàn)達(dá)爾文自然選擇學(xué)說(shuō)內(nèi)部的關(guān)系。

1.3必修3穩(wěn)態(tài)與環(huán)境。

第2章第2節(jié)《動(dòng)物和人體生命活動(dòng)的調(diào)節(jié)》建立血糖調(diào)節(jié)的模型。通過(guò)構(gòu)建血糖模型，理解胰島素和胰高血糖素維持血糖平衡的機(jī)制、拮抗機(jī)制和反饋調(diào)節(jié)；第4章第2節(jié)《種群數(shù)量變化》構(gòu)建“J”和“S”型增長(zhǎng)數(shù)學(xué)模型。根據(jù)一個(gè)細(xì)菌產(chǎn)生的后代在不同時(shí)間的數(shù)量，以時(shí)間為橫軸，細(xì)菌數(shù)量為縱坐標(biāo)，畫(huà)出細(xì)菌的種群增長(zhǎng)曲線。數(shù)學(xué)模型更能直觀地體現(xiàn)出種群數(shù)量增長(zhǎng)的增長(zhǎng)趨勢(shì)，幫助學(xué)生更好地理解兩種增長(zhǎng)方式的特點(diǎn)。在第5章第一節(jié)《生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)》書(shū)本呈現(xiàn)的生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型屬于概念—過(guò)程模型，該模型揭示了生態(tài)系統(tǒng)各個(gè)成分的內(nèi)部關(guān)系，更直觀地體現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)是一個(gè)統(tǒng)一的整體。

由此可見(jiàn)模型構(gòu)建在高中教學(xué)中的重要地位，但由于高中面臨高考升學(xué)壓力，課堂時(shí)間有限，制作模型耗費(fèi)時(shí)間，花費(fèi)成本也大，模型教學(xué)經(jīng)常被一線的老師忽視。其實(shí)小模型中蘊(yùn)含著大能量，學(xué)生在動(dòng)手的過(guò)程中，獲得的知識(shí)與能力遠(yuǎn)比死記硬背知識(shí)點(diǎn)更多。筆者是一個(gè)剛剛接觸高中教學(xué)的青年教師，在這幾年的教學(xué)中也對(duì)模型構(gòu)建進(jìn)行了一些實(shí)踐，希望能以不多的經(jīng)驗(yàn)，為老師們提供一點(diǎn)借鑒。

2.課余時(shí)間構(gòu)建細(xì)胞模型

必修1第3章細(xì)胞的基本結(jié)構(gòu)涉及非常多的亞顯微結(jié)構(gòu)，如細(xì)胞核、葉綠體、線粒體等多種細(xì)胞器，單純地講授課本知識(shí)，對(duì)于學(xué)生真正理解真核細(xì)胞的結(jié)構(gòu)較困難。為了解決時(shí)間問(wèn)題，筆者采用年級(jí)競(jìng)賽的方式進(jìn)行細(xì)胞模型的構(gòu)建。材料自選，一人或多人組團(tuán)，評(píng)選出一二三等獎(jiǎng)。學(xué)生的參與積極性很高，總共收到60多件作品，參與了達(dá)66%。作品使用的材料也非常多：各種豆類、橡皮泥、泡沫、紙板等，學(xué)生的動(dòng)手能力超乎想象，制作的模型科學(xué)性強(qiáng)、精致美觀。生物組內(nèi)還對(duì)獲獎(jiǎng)的作品進(jìn)行年段展示，通過(guò)該競(jìng)賽，不僅激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)生物的積極性，而且學(xué)生也無(wú)形中也加深了對(duì)細(xì)胞各個(gè)結(jié)構(gòu)的了解。

除了用各種材料制作細(xì)胞尺寸模型，在細(xì)胞器這一節(jié)的教學(xué)中，以四人為一組，各代表一種細(xì)胞器，教師課前分發(fā)牛皮紙，學(xué)生課前制作細(xì)胞器海報(bào)，課中進(jìn)行介紹，效果非常好。在細(xì)胞核中教學(xué)中，發(fā)動(dòng)學(xué)生利用3D打印技術(shù)制作細(xì)胞核模型，課上對(duì)細(xì)胞核的結(jié)構(gòu)及3D打印技術(shù)進(jìn)行介紹，實(shí)現(xiàn)科學(xué)技術(shù)與社會(huì)的STS教育理念。

3.創(chuàng)新改良染色體模型

3.1選擇材料。

必修2課本建議使用橡皮泥制作染色體模型，優(yōu)點(diǎn)是可模擬四分體時(shí)期姐妹染色單體交叉互換，取材方便；缺點(diǎn)在于課上制作染色體耗時(shí)長(zhǎng)，學(xué)生活動(dòng)不好控制，材料成本也高。筆者對(duì)模型進(jìn)行改良，采用織帶、圖釘和廢棄紙箱作為材料?？棊ь伾旨?xì)多樣，制作時(shí)間短，價(jià)格低廉，利用廢舊紙板節(jié)約環(huán)保，還能提高學(xué)生環(huán)保意識(shí)。

3.2制作模型。

用剪刀直接減取織帶，不同長(zhǎng)度大小的織帶代表不同的染色體，而大小形態(tài)相同，顏色不同則代表同源染色體。采用紅色（代表來(lái)自父方）和黃色（代表來(lái)自母方）兩種顏色，大紅、大黃、小紅、小黃兩對(duì)染色體，方便學(xué)生理解。圖釘釘在織帶上代表著絲點(diǎn)，也方便固定。廢棄的紙箱制作紙板，節(jié)約方便，又有一定的厚度，使圖釘能夠固定。

該模型不用貼紙，取材簡(jiǎn)便，節(jié)約了時(shí)間和金錢成本，節(jié)約更多的時(shí)間在染色體行為的模擬活動(dòng)上。

3.3使用方法——以減數(shù)分裂為例。

果蠅體細(xì)胞和配子的染色體圖導(dǎo)入，設(shè)問(wèn)：（1）配子與體細(xì)胞的染色體有什么區(qū)別？（2）配子細(xì)胞是有絲分裂產(chǎn)生的嗎？激發(fā)質(zhì)疑，引發(fā)猜想，師生作出推理得出：配子的形成染色體數(shù)目減半，即減數(shù)分裂。

以填空的方式強(qiáng)調(diào)減數(shù)分裂的概念。以概念圖的方式介紹精子形成的大致過(guò)程和各個(gè)細(xì)胞的名次：精母細(xì)胞、初級(jí)精母細(xì)胞、次級(jí)精母細(xì)胞，精細(xì)胞和精子。

模型建構(gòu)同源染色體的概念。展示單條織帶：大紅和大黃形態(tài)大小相同，一條來(lái)自父方，一條來(lái)自母方，稱為同源染色體。提問(wèn)：這個(gè)精原細(xì)胞有幾對(duì)同源染色體？小組動(dòng)手并展示。教師接著出示復(fù)制后的大紅和大黃，提問(wèn)：復(fù)制后的這兩條染色體還屬于同源染色體嗎？辨析完同源染色體，用課件的方式介紹減數(shù)第一次分裂前期的特征：同源染色體配對(duì)（聯(lián)會(huì)），四分體，交叉互換。講解后，四人小組動(dòng)手并展示。教師講授減數(shù)第一次分裂中期、后期、末期的特點(diǎn)后，小組合作建模，模擬減數(shù)第一次分裂的過(guò)程，并用語(yǔ)言描述。挑選2個(gè)小組進(jìn)行模型展示，班級(jí)同學(xué)進(jìn)行評(píng)價(jià)，通過(guò)一遍教師講授，一遍小組合作，一次聽(tīng)同學(xué)展示描述，一次評(píng)價(jià)，學(xué)生在無(wú)形中牢固地掌握了減數(shù)第一次分裂的過(guò)程，并在這個(gè)動(dòng)手過(guò)程中，輕松巧妙地提高了思辨、小組合作、語(yǔ)言表達(dá)等各項(xiàng)綜合能力。

學(xué)生據(jù)課本圖使用模型模擬減數(shù)第二次分裂的過(guò)程，并上臺(tái)展示。教師進(jìn)一步點(diǎn)評(píng)修正。播放減數(shù)分裂的動(dòng)畫(huà)將減數(shù)分裂的過(guò)程聯(lián)系起來(lái)。最后通過(guò)拼圖游戲，讓學(xué)生將各個(gè)時(shí)期的細(xì)胞進(jìn)行排序，進(jìn)行鞏固。

在精子減數(shù)分裂的這一課中，染色體模型發(fā)揮著非常重要的作用，將抽象的復(fù)雜的染色體行為化為具向的簡(jiǎn)單的模型表示。在模型建構(gòu)的過(guò)程中，內(nèi)化知識(shí)，提升能力?？芍^是：小模型，大能量；多動(dòng)手，巧學(xué)習(xí)。

4.建構(gòu)教學(xué)的小思

在進(jìn)行了幾次模型建構(gòu)活動(dòng)后，筆者認(rèn)為要運(yùn)用好模型幫助教學(xué)，還是要從建模的目的出發(fā)：建模不止是為了手工制作，而是為了幫助思考、表達(dá)與交流觀點(diǎn)。所以在建模教學(xué)中要基于真實(shí)的問(wèn)題情境來(lái)制作模型。在過(guò)程中，要有學(xué)生表達(dá)、描述、推理的機(jī)會(huì)，制作出的模型不一定完美，還要激發(fā)學(xué)生評(píng)價(jià)、修改模型的意識(shí)。最后要將模型和建模知識(shí)有效地融入學(xué)生的經(jīng)歷和實(shí)踐中，才能真正發(fā)揮模型的最大能量。

參考文獻(xiàn)：

[1]吳興芳.“減數(shù)分裂”一節(jié)的教具制作及教學(xué).生物學(xué)教學(xué).39（4）：44-45，2014.02.

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