高中生物自制教具的開發(fā)與應(yīng)用案例研究
——以基因工程為例

◇安慶師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院 潘美敬 李思悅 范志強(qiáng)

高中生物課程具有理論性強(qiáng)、知識(shí)性強(qiáng)、抽象、微觀、知識(shí)點(diǎn)龐雜的特點(diǎn)。同時(shí)，生物教學(xué)配套的演示教具不足，更加重了學(xué)生的理解難度，使部分學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中被動(dòng)接受、機(jī)械記憶。自制教具在很大程度上可以彌補(bǔ)以上不足。本文以基因工程教具的開發(fā)與應(yīng)用為例，重點(diǎn)闡述如何利用教具提升學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，論述自制教具開發(fā)的重要意義、對(duì)學(xué)生核心素養(yǎng)養(yǎng)成的重要作用以及教具使用過程中的教學(xué)建議等。

生物學(xué)科知識(shí)具有理論性強(qiáng)、知識(shí)性較強(qiáng)的特點(diǎn)，知識(shí)點(diǎn)龐雜，需要不斷積累[1]，且有些生命現(xiàn)象并不是短時(shí)間就可以完成的，我們很難在短時(shí)間內(nèi)來完成對(duì)一個(gè)生命現(xiàn)象的觀察[2]。如何讓學(xué)生在有限的時(shí)間內(nèi)理解知識(shí)、獲取技能并在此基礎(chǔ)上得以全面發(fā)展是本文想要探究的問題。自制教具作為很好的形象化材料，是對(duì)教科書的有益補(bǔ)充。它彌補(bǔ)了在教學(xué)中，由于缺乏器材，很多生命現(xiàn)象的解釋只能靠口頭表述，造成教師解釋的很累，但學(xué)生依然一知半解的問題，可以有效激發(fā)學(xué)生的積極性、提高課堂效率等。

1 自制教具的特點(diǎn)和開發(fā)意義

1.1 自制教具的特點(diǎn)和作用

自制教具具有科學(xué)直觀性、經(jīng)濟(jì)性、靈活多樣性、針對(duì)性和創(chuàng)新性的特點(diǎn)[3]。教具可以將抽象、微觀的生物學(xué)知識(shí)以宏觀的形式展現(xiàn)在學(xué)生面前，使教學(xué)內(nèi)容更加直觀。自制教具的選材很多，如舊卡紙、泡沫箱等，既可以避免浪費(fèi)又可以調(diào)動(dòng)教師的主觀能動(dòng)性。

自制教具可以加深學(xué)生對(duì)生物知識(shí)的理解、促進(jìn)學(xué)生的思考分析能力。自制教具能彌補(bǔ)生物儀器的不足、激發(fā)學(xué)生的想象探究能力，豐富生物學(xué)習(xí)的情感、增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣[4]。教師在通過指導(dǎo)學(xué)生觀察這些直觀教具中設(shè)疑，從而把復(fù)雜、抽象的概念簡明化、形象化。直觀教具能夠給學(xué)生一種新鮮感，使學(xué)生注意力集中、思維活躍，從而順利地解決重、難點(diǎn)知識(shí)[5]。

1.2 自制教具對(duì)教學(xué)的意義和效果

（1）理論意義。2014年3月，教育部印發(fā)《關(guān)于全面深化課程改革落實(shí)立德樹人根本任務(wù)的意見》，基本原則包括“整合利用各種資源”“堅(jiān)持繼承創(chuàng)新”“積極開拓,大膽試驗(yàn)”[6]。2016年9月,教育部提出了學(xué)生發(fā)展的六大核心素養(yǎng)—人文底蘊(yùn)、科學(xué)精神、學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)、健康生活、責(zé)任擔(dān)當(dāng)和實(shí)踐創(chuàng)新[7]，明確了當(dāng)代學(xué)生適應(yīng)終身發(fā)展和社會(huì)發(fā)展所需的品格與能力，為教師進(jìn)行教育教學(xué)提供了重要思路和指南。2017年頒布的《普通高中生物課程標(biāo)準(zhǔn)》明確提出了從生命觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、社會(huì)責(zé)任來闡述高中生物教學(xué)的四維目標(biāo)[8]。不難看出，我們的教育正在加快轉(zhuǎn)型，而自制教具以其獨(dú)有的特點(diǎn)，將在新一輪課程改革中發(fā)揮怎樣的優(yōu)勢(shì)，值得我們挖掘。

（2）現(xiàn)實(shí)意義：高中生物教學(xué)方式的積極探索。我們能感受到國家對(duì)課程改革的決心之強(qiáng)、力度之大。在這樣一個(gè)背景下，我們的學(xué)生怎樣才能真正享受到教育政策的“紅利”，需要每個(gè)教師在教學(xué)踐行過程中認(rèn)真琢磨、深入思考。我們面臨的最大挑戰(zhàn)以及需要下大力氣解決的難題，都在教學(xué)環(huán)節(jié)上[9]。我們要跳出原來教學(xué)中“重理論、輕實(shí)踐”的舊思想，盡量規(guī)避學(xué)生“死記硬背、動(dòng)手就廢”的“假會(huì)”現(xiàn)象，利用好自制教具，讓它在素質(zhì)教育的大潮中發(fā)揮應(yīng)有的作用。

2 以“基因工程”相關(guān)章節(jié)為例的自制教具案例

2.1 PCR技術(shù)教具

（1）制作背景：PCR技術(shù)是基因工程中一項(xiàng)應(yīng)用十分廣泛且非常重要的技術(shù)。無論是新人教版還是舊人教版教材，在基因工程的相關(guān)學(xué)習(xí)中，PCR技術(shù)一直是重點(diǎn)、難點(diǎn)，尤其是“延伸”過程，存在著老師講不明白、學(xué)生聽不懂，最終草草了事的情況。這打消了一些學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，也有損教師在學(xué)生心目中的形象。本著迎難而上，解決PCR技術(shù)教學(xué)中的難點(diǎn)問題，同時(shí)鞏固基礎(chǔ)知識(shí)的想法，PCR技術(shù)教具開發(fā)的想法應(yīng)運(yùn)而生。

（2）示意圖及使用：如圖1所示，1鏈和2鏈分別代表DNA的兩條鏈，藍(lán)色部分是目的基因。PCR技術(shù)前提是要知道“一段含目的基因的脫氧核苷酸序列”來設(shè)計(jì)引物，教師可以利用磁片隨機(jī)設(shè)置該序列進(jìn)行PCR技術(shù)的講解，如圖2所示。需要注意的是，引物長度一般在15-30個(gè)堿基之間，但為了使演示更簡明，我們僅以5個(gè)堿基作為示范，此處需要向?qū)W生簡單說明。

圖1

圖2

教師進(jìn)行演示講解后，可以多次改變引物，讓學(xué)生以小組為單位上臺(tái)進(jìn)行演示，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)PCR過程的理解和對(duì)DNA復(fù)制機(jī)制的認(rèn)識(shí)。

2.2 “人胰島素基因?qū)氪竽c桿菌、酵母菌比較”教具

（1）制作背景：“基因工程”這部分知識(shí)涉及到非常多重點(diǎn)、難點(diǎn)。在“目的基因的篩選與獲取”中，許多同學(xué)不能很好理解基因組文庫、cDNA文庫的區(qū)別；在“基因表達(dá)載體的構(gòu)建”中，很多同學(xué)不能牢記質(zhì)粒載體的特點(diǎn)，也不能理解為什么要用雙酶切而不是單酶切。為了解決以上問題，同時(shí)讓學(xué)生對(duì)轉(zhuǎn)基因有個(gè)更整體的把握，開發(fā)新的教具勢(shì)在必行。

（2）示意圖及使用：圖3表示目的基因：左側(cè)表示基因文庫基因，右側(cè)表示cDNA基因。該磁質(zhì)教具用于講解基因文庫基因和cDNA文庫基因的異同。圖4表示質(zhì)粒載體。圖5展示該教具還可以用來演示目的基因的選擇和基因表達(dá)載體的構(gòu)建過程。

圖3

圖4

圖5

以“人胰島素基因?qū)氪竽c桿菌”為例來講解目的基因的選擇和基因表達(dá)載體的構(gòu)建。①首先引導(dǎo)學(xué)生思考并討論該選擇基因組文庫還是cDNA文庫，二者有何不同。②然后引導(dǎo)學(xué)生思考并討論如何構(gòu)建基因表達(dá)載體，讓他們學(xué)會(huì)如何選取限制性核酸內(nèi)切酶來進(jìn)行切割，以及為什么。③以小組為單位討論，并使用該磁質(zhì)教具完成完成目的基因的選擇和基因表達(dá)載體的構(gòu)建。

3 學(xué)生的學(xué)習(xí)效果

（1）提高感性認(rèn)識(shí)，助力解決重難點(diǎn)。高中生物學(xué)的很多知識(shí)較為抽象、離學(xué)生生活較遠(yuǎn)，學(xué)生在認(rèn)知上存在很大困難。學(xué)生在將新知識(shí)同化到大腦中之前，需要將新知識(shí)與原有的經(jīng)驗(yàn)聯(lián)系起來。教具的使用恰好能化抽象為具象，刺激學(xué)生的感官，為學(xué)生提供大量感性認(rèn)識(shí)，幫助學(xué)生建立新知識(shí)與舊有經(jīng)驗(yàn)的連結(jié)。以PCR技術(shù)教具的使用為例，學(xué)生普遍感受到原來難以理解的知識(shí)理解了，難以記憶的重點(diǎn)記住了。

（2）增加課堂活躍度，化被動(dòng)學(xué)習(xí)為主動(dòng)學(xué)習(xí)。教具的使用能夠明顯提升學(xué)生的課堂熱情，化被動(dòng)學(xué)習(xí)為主動(dòng)學(xué)習(xí)。學(xué)習(xí)的過程是一個(gè)自主建構(gòu)的過程，教師只是學(xué)生學(xué)習(xí)上的幫助者和引領(lǐng)著，只有當(dāng)學(xué)生主動(dòng)投入到學(xué)習(xí)中去，才能有效提高學(xué)習(xí)效率。教具的使用增加了課堂活躍度，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，切實(shí)提高了課堂轉(zhuǎn)化率。

（3）引發(fā)好奇心，培養(yǎng)動(dòng)手能力。在使用教具教學(xué)的過程中，學(xué)生對(duì)于自制教具的制作過程和制作原理很感興趣，對(duì)于自己動(dòng)手制備教具躍躍欲試。教師可以充分發(fā)揮學(xué)生們的好奇心，布置課后作業(yè)，既能鞏固課堂知識(shí)又能培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力。

（4）因一節(jié)課愛上一門課。很多學(xué)生表示，教具的使用使課堂變得生動(dòng)活潑、晦澀的內(nèi)容不再枯燥，自己體會(huì)到了生物學(xué)的魅力，對(duì)生物學(xué)接下來的學(xué)習(xí)充滿了興趣和期待。這對(duì)于教師來說是非常大的收獲。好的教師不僅能夠教授知識(shí)，更應(yīng)該培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，為學(xué)生生物學(xué)素養(yǎng)的養(yǎng)成以及終身學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)。

4 教學(xué)過程利用自制教具的相關(guān)建議

（1）教師應(yīng)多鉆研教材、教學(xué)，應(yīng)用盡用自制教具，在需要展示教具的地方盡可能找到合適的教具，沒有合適的教具，教師要發(fā)揮創(chuàng)造性進(jìn)行自制教具。

（2）自制教具的選材應(yīng)廣泛、易得、便于復(fù)制。自制教具的材料盡量從日常生活中獲取。日常生活中無法滿足的材料，也要選取那些便宜、容易購得的替代物。這樣教師以身作則，培養(yǎng)學(xué)生節(jié)約、樸素的精神品質(zhì)，同時(shí)也便于學(xué)生進(jìn)行復(fù)制和二次創(chuàng)作。

（3）引導(dǎo)學(xué)生制作自制教具要注意方法。學(xué)生通過制作自制教具可以鞏固知識(shí)、提高動(dòng)手能力、培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)問題解決問題的能力等。但是教師不應(yīng)該一開始就強(qiáng)制學(xué)生制作教具，而是應(yīng)該先通過自己制作的美觀教具引發(fā)學(xué)生的積極性。也不應(yīng)選擇過難的教具讓學(xué)生制作，可以先讓學(xué)生用簡單的教具進(jìn)行練手，讓學(xué)生獲得成就感后，再逐漸加深難度?？梢月?lián)合本年級(jí)其他的生物教師開展自制教具比賽，讓學(xué)生自選本學(xué)期的章節(jié)進(jìn)行教具設(shè)計(jì)，設(shè)置一二三等獎(jiǎng)和優(yōu)秀獎(jiǎng)，讓參與的同學(xué)都能獲得榮譽(yù)感。任何活動(dòng)應(yīng)該本著提高學(xué)生學(xué)習(xí)熱情、增加學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力的角度進(jìn)行設(shè)計(jì)。

（4）教具要明確、重點(diǎn)清晰。教具的使用是為了幫助學(xué)生更好理解相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，因此一定要重點(diǎn)清晰、符合邏輯，要讓學(xué)生理解圖畫、模型或動(dòng)畫的意思。構(gòu)圖上要講究美觀大方，線條及顏色的選擇要有區(qū)分度。教具的制作要大氣，要讓后排的同學(xué)也能看清。

教育是一門需要教師鉆研一生的學(xué)問和藝術(shù)，教師要有積極探索的精神和毅力。自制教具對(duì)于學(xué)生發(fā)展的好處是顯而易見的，教師應(yīng)重視自制教具的在實(shí)際中的使用和研究。