利用現代信息技術構建遺傳規律的概念模型*

吳旭光 劉清華

（1成都市第七中學初中學校 四川成都 610041 2成都理工大學環境學院 四川成都 610059）

“生物的遺傳規律”這節內容是初中生物學教學的一個難點。以往在這節課的學習中，學生通過教師的講解理解遺傳規律，雖然知道了遺傳現象，但并未建立遺傳概念模型。為幫助學生更好地建立遺傳規律的概念模型，可引入現代信息技術突破難點，從而實現學生對遺傳規律的全新認識。

1 建立遺傳規律概念模型面臨的難點

1.1 學生構建性狀、遺傳及變異概念模型受時間、空間的限制 在傳統的課堂中，對于認識、構建性狀的概念，再從性狀的異同中構建遺傳和變異的概念，可通過照片對比、明星識別等有趣的方式幫助學生構建性狀的概念，但存在照片的時效性、片面性、真實性等問題，且在課前需進行很多的收集和篩選工作。模型建立后在時間及空間的延續上均出現了真空，往往是課結束后，學生對概念模型也就逐漸模糊，并未在以后的時間和空間中得到強化和提升。

1.2 學生對遺傳物質基礎的理解缺乏相應的化學基礎支撐 “遺傳和變異的物質基礎”是初中學生的一個知識真空，此時的初中生還沒有學習化學，對于物質的概念理解存在問題，因此對建立染色體、DNA、基因的模型存在困難。

1.3 學生構建遺傳規律的模型受到數學理性推理的限制 遺傳規律的建立，需要在基因概念模型建立的基礎上，建立成對基因的模型，建立成對基因分離的概念，建立基因與配子的關系，呈現配子與上、下代之間的關系，構建受精作用中基因組合的模型等，初中學生對這些過程缺乏較為抽象的數學演算推理技能，導致學生真正構建遺傳的規律模型，乃至對遺傳規律的應用都具有很大的局限性。

2 利用信息技術實現對遺傳規律概念構建難點的突破

針對以上問題，在構建遺傳規律概念模型時，可借助現代信息技術進行突破。首先，對這節知識作板塊化處理，結合北師大版初中生物學教材的章節規律設計3個板塊、6個活動；其次，利用信息技術分別構建遺傳和變異現象模型、遺傳物質的模型、遺傳規律的模型。

2.1 借助iPad、手機等信息工具更加直觀地構建性狀、遺傳及變異的概念模型

1）在第1節課中，將傳統的閱讀教材或觀察明星照片的做法改為借助iPad的拍照和自拍功能及修圖軟件，開展“我和老師找茬”的活動游戲和“看父母構建自己40歲時的模樣”的活動。具體做法是：學生利用手機或iPad的拍照及自拍功能，拍下自己和父母的照片（圖1），在平板上對比異同點，在找到異同點以后，利用修圖軟件構建自己40歲左右的照片，再對比那時的照片和父母的照片，這樣讓學生感受到了遺傳和變異不是簡單瞬間的現象，而是一種事實存在，一種隨著時間推移不會隨意改變的事實存在，通過這個活動讓學生先建立性狀及遺傳和變異的初步概念。

圖1 學生拍攝的自己與父母的性狀對比

2）通過iPad快拍班級同學找朋友的游戲。學生發現同一性狀的差異，有同一性狀相同的“朋友”，也有同一性狀不同的“朋友”，出現了矛盾，引出和建立了相對性狀的概念，通過這個活動構建性狀多樣性的概念。

3）借助iPad拍照功能，要求學生開展“用性狀描述身邊人物并讓大家猜猜他是誰”的活動（圖2）。通過iPad對照片的剪輯和復合技術，逐漸通過性狀體征構建一個生命個體的體征，從抽象的性狀概念構建實在的生命個體特征，讓學生將性狀的概念生命化。

通過這3個活動，課堂的氛圍變得很輕松，遺傳和變異不再是書本上遠離自己的一種現象，性狀更不是一個簡單的概念，它已體現在學生身上、教師身上。

圖2 學生根據性狀找教師

2.2 利用信息技術手段“可視化”遺傳物質的傳遞過程，構建遺傳物質的概念模型 在上第2節課時，為了讓學生建立對遺傳物質的認識，以及遺傳物質與性狀之間的關系，開展了2個學習活動。

1）借助信息技術的第3方教學軟件，將抽象的遺傳過程用三維的動畫技術進行再現，通過動畫演示轉錄、翻譯，最后形成蛋白質，再由蛋白質逐漸組成各種不同性狀的過程。學生對動畫演示進行多次觀察，發現其中起著決定作用的是位于細胞核里的遺傳物質DNA，從而建立對遺傳物質的認知；再通過動畫的演示，認識基因、DNA與染色體和細胞核的關系，構建“基因的作用是控制生物的性狀”的概念模型，結合相對性狀的概念進一步建立顯性性狀、隱性性狀、顯性基因、隱性基因的概念。

2）借助iPad及手機等工具上的繪圖軟件，構建基因與DNA、染色體的空間模型。通過繪圖的方式再次明確三者關系，同時，通過繪制成對的染色體中基因的組合，構建成對的染色體上基因成對出現的模型，成對的基因中存在3種可能性，從而進一步構建基因型及表（現）型的概念模型。

通過建立基因表達過程模型及染色體、DNA、基因的結構模型，對生物遺傳的物質基礎進行了較為充分的詮釋，學生從模型上感知遺傳物質是一種客觀存在而不是一種想象。

3 借助iPad上的信息技術演算遺傳的過程，構建遺傳規律模型

遺傳是一種生理過程的結果，這個過程的呈現是構建遺傳規律模型的前提，為此借助iPad上的繪圖功能、keynote上的圖像拖動和分離技術模擬遺傳的過程（圖3），從中發現和總結規律，構建相應的概念模型.

1）父母的體細胞中染色體是成對出現的模型，成對染色體上有成對的基因模型，成對的基因控制相應的性狀。

2）父母產生配子時，成對的染色體的分離過程模型，成對染色體上成對基因的分離過程模型。

3）受精作用中配子結合后染色體成對模型，染色體上的基因成對模型，成對的基因控制相應的性狀。

4）受精卵中成對基因的可能組合的展示模型。

5）根據平板電腦上的模型逆推子女的染色體成對，染色體上的基因成對，成對的染色體來源于精、卵細胞，精、卵細胞中的染色體來源于父母的過程模型。

圖3 學生演示iPad上的推導過程

以上5個呈現均由學生在iPad上推演，在推演中尋找規律，構建概念模型。學生通過反復推演，不斷嘗試，發現規律，最終形成“親代成對的基因在產生配子時要分離，配子結合成受精卵時基因又組合成對出現，不同的組合出現不同的性狀，親代通過配子傳遞給子代基因，從而控制了后代的性狀，從而達到了將自身的性狀遺傳給下一代的作用”等遺傳規律的概念模型。

總之，借助現代信息技術可讓學生更加明確感知性狀的概念，清晰發現遺傳和變異現象，輕松理解遺傳物質如何控制生物的性狀，完整認識和歸納遺傳的規律，最后構建遺傳規律的概念模型。而且，這些過程都是學生利用信息技術工具自己呈現、演算、推導，且可以多次觀察、推演，這對于學生的再學習和進一步研究有重要的意義。