自制教具在高中生物學(xué)概念教學(xué)中的應(yīng)用

孫琦　卜慶梅

《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》（以下簡稱新課標(biāo)）聚焦大概念、重要概念和具體概念，要求學(xué)生通過主動學(xué)習(xí)，深刻理解和應(yīng)用重要的生物學(xué)概念，發(fā)展生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)?？梢姼拍罱虒W(xué)仍然在高中生物學(xué)教學(xué)中占有重要地位。同時，新課標(biāo)還指出：“學(xué)生學(xué)習(xí)是主動參與的過程，通過探究性學(xué)習(xí)活動，積極參與動手動腦活動，加深對生物學(xué)概念的理解，提升應(yīng)用知識的能力”。因此，教師在教學(xué)中應(yīng)該采用各種方式和手段以促進(jìn)學(xué)生對概念的理解。

自制教具作為一種經(jīng)濟(jì)高效的教學(xué)手段，在課堂教學(xué)中，可以快速調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，起到事半功倍的教學(xué)效果。同時，北京師范大學(xué)劉恩山教授曾提到，自制教具可以生動、形象地表示抽象概念的各種要素及其關(guān)聯(lián)，使學(xué)生在獲得感性認(rèn)識的基礎(chǔ)上建立理性認(rèn)識，形成概念和原理。

人教版高中生物學(xué)教科書《必修2"遺傳與進(jìn)化》模塊內(nèi)含有兩個大概念，在大概念“遺傳信息控制生物性狀，并代代相傳”下，包含大量抽象的具體概念，如“概述DNA分子通過半保留方式進(jìn)行復(fù)制”“概述遺傳信息通過RNA指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成”。筆者在教學(xué)實踐中發(fā)現(xiàn)，教師通常認(rèn)為概念教學(xué)中最好的方式是利用教科書的插圖或動畫進(jìn)行講解，再通過大量習(xí)題鞏固教學(xué)。而課后對學(xué)生訪談發(fā)現(xiàn)，學(xué)生往往只是死記硬背應(yīng)付考試，難以理解概念的內(nèi)涵，更無法做到舉一反三。因此，在概念教學(xué)中更需要自制教具的支撐和輔助。根據(jù)國內(nèi)外學(xué)者們提出的關(guān)于概念教學(xué)基本環(huán)節(jié)的見解，將概念教學(xué)分為感知概念、構(gòu)建概念、鞏固概念、深化概念、應(yīng)用概念共五個環(huán)節(jié)。下面以“遺傳信息的翻譯”為例，將自制教具融入到概念教學(xué)的環(huán)節(jié)當(dāng)中，以期為高中一線生物學(xué)教師的概念教學(xué)提供參考，獲得更好的教學(xué)效果。

1 教材分析

“遺傳信息的翻譯”是《必修2"遺傳與進(jìn)化》第四章第一節(jié)第二課時的內(nèi)容，是在前三章相關(guān)知識的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步加深學(xué)生對基因及作用機(jī)理的認(rèn)識。其中，翻譯的概念及條件既是本節(jié)的教學(xué)重難點，又是新課標(biāo)中規(guī)定的具體概念之一，要求學(xué)生理解并靈活應(yīng)用。

2 教具制作

2.1 材料用具

材料：厚度為1mm的硬紙板、各色水彩顏料、磁鐵片。

工具：馬克筆、顏料刷、鉛筆、剪刀、刻度尺、雙面膠。

2.2 制作過程

2.2.1 制作核糖體

在硬紙板上分別繪制長軸30cm、短軸24cm以及長軸24cm，短軸8cm的橢圓兩個。較大橢圓在

為通訊作者上，較小橢圓在下，并將大橢圓的底端與小橢圓的頂端盡可能的重合，利用剪刀裁剪繪制圖像的外邊緣部分，分別代表核糖體的大小亞基。用紫紅色水彩涂上顏色，并在硬紙板背后貼磁鐵片，如圖1所示。

2.2.2 制作mRNA

用刻度尺測量核糖體大小亞基交接處為24cm，己知一個核糖體只能容納兩個密碼子即六個堿基，因而規(guī)定每個堿基長度為3.5cm，各堿基之間距離為0.5cm。根據(jù)堿基的不同形狀在硬紙板上繪制長度為 80cm的mRNA鏈并用剪刀裁剪、水彩上色（不同的堿基對應(yīng)不同的顏色）、馬克筆標(biāo)記。最后，在制作好的mRNA鏈后貼特制磁鐵片（將2或3個磁鐵片疊放，保證mRNA鏈騰空可以容納核糖體來回移動），如圖2所示。

2.2.3 制作tRNA

每個tRNA攜帶一個反密碼子即三個堿基，呈三葉草狀。在硬紙板上繪制長巧cm.寬12cm的tRNA結(jié)構(gòu)4個，各堿基分別與mRNA上的堿基對應(yīng)并保持大小、間隔均一致。用剪刀裁剪、藍(lán)色水彩上色、馬克筆標(biāo)記堿基、雙面膠貼磁鐵片，如圖3所示。

2.2.4 制作游離的氨基酸

如圖4所示，選取直徑為5cm的不同顏色的磁鐵片4個代表不同種類的氨基酸。

3 課堂應(yīng)用

3.1 復(fù)習(xí)導(dǎo)入，引出新知

教師引導(dǎo)學(xué)生回顧復(fù)習(xí)DNA復(fù)制及轉(zhuǎn)錄的相關(guān)知識，并提出問題：DNA經(jīng)過復(fù)制后形成了兩條完全相同的DNA分子，接著經(jīng)過轉(zhuǎn)錄形成了mRNA，這兩個過程均在細(xì)胞核中進(jìn)行。mRNA上的堿基序列如何變成細(xì)胞質(zhì)中蛋白質(zhì)的氨基酸序列？

設(shè)計意圖：教師通過引導(dǎo)學(xué)生回顧DNA復(fù)制和轉(zhuǎn)錄的相關(guān)知識，給學(xué)生建立從DNA→mRNA→蛋白質(zhì)的知識框架，幫助學(xué)生理解三者之間的關(guān)系，有利于學(xué)生整體掌握知識，引出“基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成”的主題。這樣的設(shè)計更貼近新課標(biāo)中的內(nèi)容要求：“概述DNA分子上的遺傳信息通過RNA指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成”。

3.2 類比推理，感知概念

教師出示工廠加工衣服的過程示意圖，與遺傳信息的翻譯過程類比分析，并提出問題：翻譯的過程也需要原材料、搬運工、裝配機(jī)器、生產(chǎn)線，細(xì)胞中分別是什么來充當(dāng)這些角色呢？

設(shè)計意圖：教師從學(xué)生生活經(jīng)驗入手，激發(fā)學(xué)習(xí)動機(jī)，同時通過類比引出翻譯過程的條件，設(shè)置疑問，使學(xué)生獲得“翻譯”的感性認(rèn)識，產(chǎn)生求知欲。

3.3 直觀演示，構(gòu)建概念

教師出示翻譯過程的圖片（圖5），引導(dǎo)學(xué)生共同指認(rèn)名稱，同時講解其結(jié)構(gòu)特點：核糖體是無膜結(jié)構(gòu)，圖中所示代表大小兩個亞基;直鏈為mRNA，每三個含氮堿基稱為一個密碼子;三葉草形狀為tRNA，一端可以攜帶氨基酸，另一端有三個堿基與mRNA上的堿基互補配對，稱為反密碼子;不同顏色的小圓片代表游離在細(xì)胞質(zhì)中的氨基酸。

教師播放翻譯過程的動畫，引導(dǎo)學(xué)生找出翻譯過程的原材料、搬運工、裝配機(jī)器、生產(chǎn)線并且一一對應(yīng)教具：游離的氨基酸（原材料）、tRNA（搬運工），核糖體（裝配機(jī)器）、與核糖體結(jié)合的mRNA（生產(chǎn)線）。

設(shè)計意圖：直觀的圖片可以幫助學(xué)生掌握翻譯過程各結(jié)構(gòu)特點，為“翻譯”的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。學(xué)生了解“翻譯”的動態(tài)過程，一方面鞏固各結(jié)構(gòu)特點，另一方面獨立思考，提高分析問題、解決問題的能力。同時，匹配并呈現(xiàn)教具，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動機(jī)，使學(xué)生的感性認(rèn)識上升為理性認(rèn)識。

教師利用教具在黑板上模擬演示翻譯的具體過程（圖6），利用形象的比喻總結(jié)翻譯的具體過程：“搬運工到崗”（tRNA的進(jìn)入）、“原材料加工”（氨基酸的脫水縮合）、“裝配機(jī)器運行”（核糖體的移動）。并提出問題：翻譯過程的場所、模板、原料、產(chǎn)物分別是什么？從而引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)歸納翻譯的概念：翻譯實質(zhì)上是以游離在細(xì)胞質(zhì)中的各種氨基酸為原料以mRNA為模板，合成具有一定氨基酸順序的蛋白質(zhì)的過程。

設(shè)計意圖：教師通過自制教具指導(dǎo)學(xué)生觀察、思考、歸納翻譯過程的場所、模板、原料、產(chǎn)物等條件，將知識框架逐步構(gòu)建完整，進(jìn)而建立起“翻譯”的概念模型。

3.4 動手操作，鞏固概念

學(xué)生每四人為小組。教師給每個小組分發(fā)給學(xué)生教具，由小組長帶領(lǐng)小組成員模擬翻譯過程。

設(shè)計意圖：學(xué)生通過小組合作的形式動手實踐，小組成員共同參與模擬操作翻譯的具體過程，不再被動接受知識，真正參與課堂，加深對翻譯概念的理解。

3.5 比較概括，深化概念

教師出示復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和翻譯的比較表格，引導(dǎo)學(xué)生自主完善表格，同時嘗試以概念圖的形式表示出三者之間的關(guān)系。

設(shè)計意圖：學(xué)生比較分析表格，理清復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、翻譯三個抽象概念之間關(guān)系，形成知識體系，有利于整體掌握知識。

3.6 聯(lián)系生活，應(yīng)用概念

教師出示案例，并提出問題：前段時間，一對名為露露和娜娜的基因編輯嬰兒在中國誕生，引發(fā)輿論軒然大波。所謂的基因編輯是指對目標(biāo)基因進(jìn)行“編輯”，實現(xiàn)對特定DNA片段的敲除、加入等。請聯(lián)系本節(jié)課的學(xué)習(xí)內(nèi)容，解釋一下改變基因是如何影響生物的性狀？

設(shè)計意圖：知識學(xué)習(xí)的最終落腳點是學(xué)會應(yīng)用，實際案例不僅能激發(fā)學(xué)生解決問題的興趣，還有利于培養(yǎng)學(xué)生的生物學(xué)學(xué)生核心素養(yǎng)。

4 教學(xué)反思

筆者在實施教學(xué)的過程中發(fā)現(xiàn)，自制教具中明亮的色彩搭配帶來強大的視覺沖擊，可充分利用學(xué)生的感官取得事半功倍的教學(xué)效果;應(yīng)用磁鐵片，教師可以直接在黑板上演示操作過程，完全還原翻譯的動態(tài)過程，幫助學(xué)生突破難點;硬紙板的使用有利于操作和保存教具，方便學(xué)生課下繼續(xù)探討。這些均為本節(jié)課的課堂實施提供了良好的前提條件，學(xué)生回答問題積極，每位學(xué)生均能參與到課堂教學(xué)中，變被動為主動，課堂氣氛十分活躍。同時，通過課后學(xué)生的反饋，學(xué)生對該部分的理解深入，能有效運用知識解決問題。

5 結(jié)束語

自制教具若多用生活中的邊角料或易得物品制成，能有效緩解學(xué)校教學(xué)資源的不足。同時，利用自制教具作為信息載體來傳遞知識，一方面有利于將抽象概念具體化、形象化，幫助學(xué)生加深概念理解，提升學(xué)生的生物學(xué)興趣和參與創(chuàng)新的積極性，培養(yǎng)其生物學(xué)核心素養(yǎng);另一方面，能有效提高教師自身的綜合素質(zhì)包括操作能力、創(chuàng)新能力等，促進(jìn)教學(xué)效率的提高。因此，自制教具對于生物學(xué)概念的構(gòu)建具有積極的作用。

但是在一線教學(xué)中，自制教具的作用并沒有得到廣泛認(rèn)同。教具的開發(fā)和制作對一線教師提出了更高的要求，需要教師下功夫查閱資料、花心思進(jìn)行設(shè)計、找時間進(jìn)行材料的搜集和具體的制作。尤其是在高中生物學(xué)概念教學(xué)中，教學(xué)時間緊、任務(wù)重，即使教師能意識到自制教具可能會有更好的教學(xué)效果，也不愿輕易嘗試。因此，教師要保持對自制教具的關(guān)注，并將其更多地運用于實踐教學(xué)中。期望有更多的高中生物學(xué)教師參與到自制教具的隊伍中來，為更好的實現(xiàn)高中生物學(xué)概念教學(xué)而共同努力。

參考文獻(xiàn)：

[1]中華人民共和國教育部.普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017版）[S].北京：人民教育出版社，2018.

[2]劉恩山.中學(xué)生物學(xué)教學(xué)論[M].北京：高等教育出版社，2009：116-117.

[3]王英.高中生物概念教學(xué)的現(xiàn)狀及策略研究[D].大連：遼寧師范大學(xué)，2014.

[4]謝虎成，劉恩山.回歸概念教學(xué)的基本問題[J].生物學(xué)通報，2016，51（08）：13-15.

[5]Enhancing”Conceptual Teaching/Learning”in a Concept-Based Curriculum.BonnieHigginsEdD，HelenReidEdD.Teachingand Learning in Nursing[J].2017，12（2）：95-102.

[6]李婉麗，張麗芳，周蕾，韓雪，孫倩，陳明林.自制教具在高中生物教學(xué)中的應(yīng)用[d].中學(xué)生物教學(xué)，2016，（24）： 17-19.

[7]馬德峰.自制教具在高中生物教學(xué)中的應(yīng)用研究[D].濟(jì)南：山東師范大學(xué)，2015.