類比模型構(gòu)建在高中生物學(xué)教學(xué)中的運(yùn)用
——以“生命活動的主要承擔(dān)者——蛋白質(zhì)”一節(jié)為例

林 霞 張 鋒

（1福建師范大學(xué)附屬中學(xué) 福建福州 350007 2福建省普通教育教學(xué)研究室 福建福州 350001）

模型是人們按照特定的科學(xué)研究目的，在一定的假設(shè)條件下，再現(xiàn)原型客體某種本質(zhì)特征（如結(jié)構(gòu)特性、功能、關(guān)系、過程等）的物質(zhì)形式或思維形式的類似物［1］。模型方法作為一種認(rèn)識手段和思維方式，在中學(xué)生物學(xué)中應(yīng)用廣泛，并且是理性思維的一種方式。高中生物學(xué)課程中的模型構(gòu)建活動，其主要價值是讓學(xué)生通過嘗試建立模型，體驗(yàn)建立模型中的思維過程，領(lǐng)悟模型方法，并獲得或鞏固有關(guān)生物學(xué)概念［1］。在眾多模型方法中，類比模型是教學(xué)中將新、舊知識有效連接的一種方法。類比模型就是基于相似屬性，用熟悉的事物類比和表征不熟悉的事物，通過類比模型，有助于新事物的學(xué)習(xí)，并能激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，加深學(xué)習(xí)者對科學(xué)知識的理解［2］。

“蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能”屬于核心知識中“組成生物體的化合物”的一部分，在教學(xué)過程中應(yīng)引起教師的重視，“生命活動的主要承擔(dān)者——蛋白質(zhì)”一節(jié)的內(nèi)容由氨基酸及其種類（基礎(chǔ)知識）、蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)及其多樣性（是教學(xué)的核心和關(guān)鍵點(diǎn)）、蛋白質(zhì)的功能3個知識塊組成。由于教學(xué)內(nèi)容多、課時少，以往本節(jié)教學(xué)一般采取以下2種教學(xué)方式（表 1）。

表1 2種教學(xué)方式的優(yōu)點(diǎn)及存在問題

“聽過”“看過”與真正的“知道”并能“做到”，存在很大差別。為解決以上問題，筆者在實(shí)際教學(xué)中作了以下處理：

1）認(rèn)真分析本節(jié)課的重、難點(diǎn)，確立教學(xué)目標(biāo)，做到有的放矢。例如“氨基酸形成蛋白質(zhì)的過程”既是本節(jié)課的重點(diǎn)也是本節(jié)課的難點(diǎn)；“蛋白質(zhì)多樣性的原因”既是難點(diǎn)，又是蛋白質(zhì)功能多樣性的學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)。

2）適度調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，減少課堂容量。將有關(guān)蛋白質(zhì)和氨基酸各種計算的教學(xué)部分大膽刪除，作為習(xí)題課的內(nèi)容另上一節(jié)，本節(jié)課只重點(diǎn)講解氨基酸的結(jié)構(gòu)、連接方式、蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)、蛋白質(zhì)多樣性的原因，以及蛋白質(zhì)的功能這幾個方面，整節(jié)課圍繞“結(jié)構(gòu)決定功能”這一生物學(xué)基本觀點(diǎn)展開教學(xué)，先介紹蛋白質(zhì)的各級結(jié)構(gòu)，再介紹蛋白質(zhì)的功能。

3）運(yùn)用類比模型構(gòu)建和小組合作性學(xué)習(xí)相結(jié)合的方式突破重、難點(diǎn)，讓學(xué)生全身心參與到課堂中，主動學(xué)習(xí)。

1 教學(xué)過程

1.1 小組模型構(gòu)建活動1：氨基酸分子通式 提供牙簽、不同顏色和大小的泡沫小球及泡沫塊（圖 1）等自制教具，請學(xué)生認(rèn)真觀察、比較以下5種氨基酸的結(jié)構(gòu)式（圖 2），回答問題，并進(jìn)行小組模型構(gòu)建、表達(dá)交流。

圖1 模型構(gòu)建材料

圖2 5種氨基酸的結(jié)構(gòu)式

教師提問：1）請用準(zhǔn)確的語言表述氨基酸的元素組成是什么？2）它們的結(jié)構(gòu)具有什么共同特點(diǎn)？請畫出結(jié)構(gòu)中相同的部分。不同氨基酸分子的區(qū)別在哪里？3）如果用字母R表示氨基酸中不同的部分，請2人一組，用泡沫球、牙簽等材料拼出氨基酸的結(jié)構(gòu)通式，并用最簡潔的語言總結(jié)該通式的特點(diǎn)。

在此模型構(gòu)建的過程中，學(xué)生通過觀察、歸納將復(fù)雜的事物進(jìn)行簡化，并抽象其本質(zhì)屬性——氨基酸的結(jié)構(gòu)通式（圖3、圖4）。

圖3 氨基酸結(jié)構(gòu)通式平面圖

圖4 氨基酸結(jié)構(gòu)通式立體圖

1.2 小組模型構(gòu)建活動2：氨基酸連接的方式對于“氨基酸連接方式”這部分知識，筆者并沒有直接講解，而是讓學(xué)生閱讀書本第22頁第1段及圖2-5，以前、后4人為一小組進(jìn)行自學(xué)、討論，并共同將上一個活動中做好的2個氨基酸的立體結(jié)構(gòu)相連接，模擬氨基酸的連接方式。

在模型構(gòu)建活動過程中,學(xué)生通過自主學(xué)習(xí)，閱讀、觀察及討論，明確了氨基酸的連接方式（圖5）。構(gòu)建模型后，請某一組2位學(xué)生為代表，用黑板上的2個氨基酸模型演示其小組認(rèn)為氨基酸是如何連接的，并用語言描述。由此，進(jìn)一步加深學(xué)生對氨基酸的脫水縮合過程的理解。

圖5 氨基酸的連接方式

1.3 小組模型構(gòu)建活動3：蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)多樣性的原因 學(xué)生前、后4人為一組，教師提供材料:6種顏色的穿孔塑料珠（每種50粒），幾根細(xì)鐵絲，要求學(xué)生按照小組活動記錄表的分工認(rèn)領(lǐng)任務(wù)。串幾條、每條串多長，由小組自行決定，并填寫活動記錄表（表 2）。

步驟：①隨意串幾條珠鏈；②將幾條珠鏈隨意彎成不同的造型；③各組的作品進(jìn)行比較。

表2 小組活動記錄表

邀請2組學(xué)生帶上作品和小組活動記錄表，上講臺表達(dá)交流，介紹小組成員的分工，并展示作品（串珠鏈數(shù)及每條珠鏈中每種串珠的數(shù)目）。

小組展示后，請學(xué)生思考以下問題：

1）如果給大家提供足夠時間、鐵絲和20種數(shù)量不限的串珠，能串出幾種作品？導(dǎo)致這些作品各不相同的原因是什么？

2）若每種顏色的串珠相當(dāng)于一種氨基酸，則每條珠鏈相當(dāng)于什么？

3）通過此活動，你認(rèn)為蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)多樣性與什么有關(guān)？

學(xué)生通過思考以上問題，得出：用不同種的串珠類比為不同的氨基酸，珠鏈可類比為多肽鏈，珠鏈彎曲的形狀類比肽鏈的空間結(jié)構(gòu)，并總結(jié)出蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)多樣性的原因：氨基酸種類、數(shù)目、排列順序，以及肽鏈的數(shù)目、空間結(jié)構(gòu)決定了蛋白質(zhì)的多樣性。

2 教學(xué)體會

1）“類比”是根據(jù)已知事物的屬性出發(fā)，尋找與發(fā)現(xiàn)新、舊2個事物的異同，從而探明新事物可能具有的屬性。從心理學(xué)角度分析，類比能力與人的遷移有關(guān)，更與聯(lián)想、觀察、比較、分析、推理等思維有關(guān)，需要調(diào)動已有的知識、技能、經(jīng)驗(yàn)等進(jìn)行。美國教育心理學(xué)家奧蘇伯爾說過：“假如讓我把全部教育心理學(xué)僅僅歸結(jié)為一條原理的話，那么，我將一言以蔽之：影響學(xué)習(xí)的唯一重要因素，就是學(xué)習(xí)者已經(jīng)知道了什么。要探明這一點(diǎn)，并應(yīng)據(jù)此進(jìn)行教學(xué)。”所以，通過模型進(jìn)行類比，既能從已知出發(fā)，快速地“橋接”到新知識的學(xué)習(xí)上，又能利用模型將抽象的知識具體化、形象化，讓這些新知識融會貫通，而達(dá)到事半功倍的效果。

例如本案例“氨基酸分子通式”和“氨基酸連接的方式”這2個類比模型構(gòu)建的活動中，學(xué)生就根據(jù)化學(xué)中學(xué)習(xí)過的有關(guān)甲烷分子式、結(jié)構(gòu)式和球棍模型進(jìn)行類比，再根據(jù)自己的觀察、比較、歸納，以及閱讀教材和學(xué)案中的相關(guān)知識，重新構(gòu)建氨基酸結(jié)構(gòu)通式的模型及氨基酸的連接方式；而在“蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)多樣性的原因”的類比模型構(gòu)建活動中，學(xué)生進(jìn)行串珠活動后，教師提出問題：如果給大家提供足夠時間、鐵絲和20種數(shù)量不限的串珠，能串出幾種作品？導(dǎo)致這些作品各不相同的原因是什么？通過這個活動，你認(rèn)為蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)多樣性與什么有關(guān)？讓學(xué)生迅速地將蛋白質(zhì)多樣性原因與串珠作品的多樣性原因相聯(lián)系。

2）雖然類比模型的構(gòu)建活動與單純用語言講授或動畫演示相比，在教具的準(zhǔn)備、擺放等課前準(zhǔn)備上需花費(fèi)更多的時間，課堂容量也相應(yīng)減少，課堂上需要留給學(xué)生更多的時間進(jìn)行觀察比較、聯(lián)想遷移等思維活動，還要進(jìn)行小組討論和構(gòu)建模型活動；教師不易掌控教學(xué)過程，但教師的 “麻煩”卻能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性，使得課堂更加開放，氛圍更為輕松，最大限度地發(fā)揮學(xué)生的主體作用，同時，這種類比模型的構(gòu)建過程也是學(xué)生思維與行為相統(tǒng)一的過程，學(xué)生以已有的知識和經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，通過類比，快速而準(zhǔn)確地理解新的概念，并在大腦中初步構(gòu)建新的模型，然后在實(shí)際動手建模的過程中，將頭腦中抽象的概念具體化，將虛擬的模型轉(zhuǎn)化成實(shí)物，并在此過程中通過小組討論及自身的思考，不斷進(jìn)行修正，最終構(gòu)建新模型，學(xué)生從中不僅真正獲得了新知識，還在探索思考中體會到模型的構(gòu)建方法，獲得認(rèn)知水平上的提升。此外，學(xué)生在閱讀、觀察、分析、推理、整合和語言表達(dá)能力等方面也得到了鍛煉，從而順利地突破教學(xué)的重、難點(diǎn)，有效實(shí)現(xiàn)本課的教學(xué)目標(biāo)。

主要參考文獻(xiàn)

［1］譚永平.高中生物學(xué)新課程中的模型、模型方法及模型建構(gòu).生物學(xué)教學(xué)，2009，34(1)：10.

［2］趙萍萍,劉恩山.中學(xué)生物學(xué)中的類比模型及其構(gòu)建.中學(xué)生物教學(xué)，2015（6）：4.

［3］俞紅成.高中生物學(xué)科核心素養(yǎng)的教學(xué)培養(yǎng)策略.中學(xué)生物教學(xué)，2016（4）：18.