淺談自制生物教具突破教學難點二三例

李梅

生物學課程的基本理念是：面向全體學生，提高學生的生物科學素養，倡導探究性學習。生物學是一門以實驗為基礎的學科。實驗教學能啟迪學生解決問題的智慧，提高學生的生物科學素養。但是，在生物學教學中，直接使用真實研究對象的實驗是有困難或難以進行的，因而模擬實驗成為解決以上問題的一個重要方法。而學校教學儀器的配備卻不能滿足課堂教學所需，這時就需要教師開動腦筋，利用簡便易行的方法，就地取材，自己動手制作教具。

自制教具是指教師在教學活動中為了講解教學重難點，而自己設計制作的模型、儀器、圖文圖表等感性材料的總稱。在新課程標準的實施過程中，自制教具在生物教學中不可缺少，它不僅能使微觀知識放大化，抽象理論具體化，感性認識理性化，提高學生的理解力，發展學生的觀察能力和思維能力還可以豐富課程教學資源，彌補學校教學儀器配備的不足，擴大學生動手操作使用教具的機會。筆者在教學中常使用自己制作的教具。

1 制作“噬菌體侵染細菌”的實驗模型

1.1 設計意圖

“噬菌體侵染細菌”的實驗是驗證DNA是主要遺傳物質的經典實驗。由于該實驗是在特定的實驗室條件下進行的，學生無法親自動手操作，缺少感性認識，這給學習帶來了一定的困難。教材雖然采用了圖文并舉的編寫方法，筆者也曾采用掛圖及多媒體課件等分步演示實驗過程，可教學效果均不理想。學生學完這部分內容后，常常是疑問重重，如對放射性同位素分布情況的分析出現誤差。為了突破此教學難點，筆者嘗試制作了“噬菌體侵染細菌”的實驗演示器。

1.2 材料和用具

透明的礦泉水瓶、白色和紅色卡紙、雙面膠、筆桿、剪刀。

1.3 制作方法（圖1）

細菌：用空礦泉水瓶代表大腸桿菌。

噬菌體：分別用正方形白色和紅色卡紙折成中空的正方體，其中一面中間開一小口，代表噬菌體的頭部。再分別用白色和紅色卡紙折成長方體，兩頭開口，方便放入DNA，代表尾部。最后，將兩者用雙面膠粘在一起，組合成蛋白質的外殼。用剪刀剪出長15 cm、寬3 cm的白色和紅色紙條各一個，繞在筆桿上使其呈螺旋型，代表噬菌體的DNA。

1.4 模擬實驗

用礦泉水瓶代表大腸桿菌，紅色教具表示被放射性同位素35S標記的蛋白質和被放射性同位素32P標記的DNA，白色教具表示未被標記的蛋白質和DNA。將白色的DNA放入紅色的蛋白質外殼中，組裝成被35S標記的噬菌體；將紅色的DNA放入白色的蛋白質外殼中，組裝成被32P標記的噬菌體。

用紅色的蛋白質外殼和白色的DNA組裝成被35S標記的噬菌體（圖2），侵染未被標記的大腸桿菌，模擬攪拌并離心后的結果，放射性主要存在于上清液中。

用白色的蛋白質外殼和紅色的DNA組裝成被32P標記的噬菌體，侵染未被標記的大腸桿菌（圖3），模擬攪拌并離心后的結果，放射性主要存在于沉淀物中。

這樣用具體的教具模擬實驗分步演示實驗過程，代替抽象的講解，讓學生置身于實驗探究的全過程。當DNA注入到大腸桿菌時，學生臉上露出期待的眼神，爭先恐后喊出放射性的主要分布部位，學生的課堂參與程度遠遠超出教師的預期，輕松突破教學中的難點，降低了學生學習的難度，課堂效率明顯提升。

2 制作“模擬重組DNA分子”模型

2.1 設計意圖

在講到“基因工程操作的基本步驟”一課時，教材上的理論很簡要，就是“基因工程的操作一般要經歷四個步驟：提取目的基因、目的基因與運載體結合、將目的基因導入受體細胞、目的基因的檢測與鑒定。

學生對基因工程并不陌生，不僅大眾傳媒上常有介紹，市場上銷售的食品中，有的也會涉及。但由于這一理論既抽象又晦澀學生對“如何利用限制性核酸內切酶提取目的基因、怎樣利用DNA連接酶將目的基因與運載體結合”缺少感性認識，所以，課堂教學效果也不盡人意。

為此，筆者查閱資料，設計和制作了“模擬重組DNA分子”的簡單教具。

2.2 材料和用具

粉色和白色紙各一張、黑色筆、粉色和藍色水彩筆各一支、剪刀、透明膠帶（學生兩人一組，準備以上材料）。

2.3 制作方法

目的基因：在一張長20 cm、寬2 cm的粉紅色紙條上依次等距離寫上下列字母（字母要清晰、工整），表示含目的基因的DNA片段（圖4）：

……TACGAATTCCTACGGACTGCGAATTCTAG……

……ATGCTTAAGGATGCCTGACGCTTAAGATC……

質粒：在一張30 cm、寬2 cm的白色紙條上依次等距離寫上下列字母：

……GCATTAGTACCGCTAGAATTCCATCGCTACCATGTATTCTC……

……CGTAATGATGGCGATCTTAAGGTAGCGATGGTACATAAGAG……

然后，將白色紙條的兩端用透明膠帶相連呈環狀（圖5），表示常用的運載體——質粒。

限制性核酸內切酶：用剪刀代表EcoR I進行DNA“切割”。

DNA連接酶：用透明膠帶代表DNA連接酶。

2.4 模擬實驗

在課堂上，筆者用自制的教具向學生演示：

先從含目的基因的DNA片段的一條鏈上找到EcoR I的識別序列G-A-A-T-T-C，并在G-A之間進行“切割”；然后再從另一條鏈上互補的堿基之間尋找EcoR I相應的位點剪開，將獲取的目的基因的一端做上標記為A端，另一端標記為B端（圖6）。

接著在質粒的一條鏈上找到EcoR I的識別序列G-A-A-T-T-C，并在G-A之間進行“切割”；然后再從另一條鏈上互補的堿基之間尋找EcoR I相應的位點剪開，剪開后的兩個黏性末端分別標記為C端、D端（圖7）。

待綠色和粉紅色兩色紙條上的切割位點全部切開后，將粉紅色紙條上的DNA片段，重組到綠色紙條的切口處。此時，用透明膠帶（代表DNA連接酶）將切口粘結起來，重組DNA分子的模型完成（圖7）。操作時要注意，不同顏色的黏性末端要能互補配對。

教師啟發學生觀察、思考：這是否是唯一的連接方式？為何會出現圖8所示的情況？如何避免該情況的發生？

教師通過引導、安排學生制作模型來模擬基因工程的操作過程，使學生切身體會基因工程“剪、拼、接、轉”的主要過程。看起來簡單的教具卻在課堂上收到了極好的教學輔助效果，不僅幫助學生直觀地了解了基因的“剪刀”、基因的“針線”的作用，還為學生學習基因工程專題打下了基礎。

3 “標志重捕法”實驗材料及方法改進

3.1 設計意圖

人教版高中生物教科書《必修3·穩態與環境》第四章第一節“種群的特征”中提到，調查動物種群密度的常用方法是標志重捕法。對動物種群密度的調查，很難以實地調查方式展開，教師可通過模擬實驗活動，讓學生領悟有關科學方法。筆者查閱了蘇教版教材中使用的模擬方法，在實踐過程中遇到了一些問題。如：黃豆的顆粒過小，數據統計時浪費時間；黃豆和紅豆的大小是有區別的，易出現混合不均勻的情況，從而增加實驗誤差；用紅豆模擬標記后的動物，再次放回，易讓學生發生混亂。因此筆者對該模擬實驗的材料、用具及使用方法進行了改進。

3.2 材料與用具

黑豆或白蕓豆若干，不干膠貼紙、1個大燒杯、培養皿（2人一組）。

3.3 模擬實驗

（1） 從大燒杯中取出部分黑豆（或白蕓豆），用貼紙做上標記后并計數（M）。

（2） 將標記好的黑豆（或白蕓豆）放回大燒杯中。

（3） 充分混勻后，從燒杯中隨機抓取一把黑豆（或白蕓豆），記錄抓取的總數（n），并計數其中被貼紙標記的黑豆（或白蕓豆）的數量（m）。

（4） 根據公式，估算黑豆（或白蕓豆）的總數。

（5） 重復3次，求N的平均值。

學生親自動手模擬該實驗，不僅領悟了科學方法，還培養了共同學習，團隊合作的精神。

教師根據教學目的和學生實際情況的需要制作并使用教具，既解決了生物教學中的難點問題，還能激發學生的興趣，對提高學生生物學素養非常有益。

參考文獻

[1] 李建剛.現代教學的理論與實踐[M].山東：山東教育出版社，1995，9.

[2] 朱正威，趙占良.遺傳與進化教師教學用書[M].北京：人民教育出版社，2006，7.