將“樂高”積木引入生物學(xué)課堂教學(xué)的案例及啟示

嚴(yán)玉萍

(浙江省杭州第十四中學(xué)鳳起校區(qū) 310006)

在我校中美STEM教育論壇中，來自美國(guó)印第安納州的教師Joye Myers給國(guó)際部高二學(xué)生上了一堂別開生面的生物學(xué)課。其中，印象最深的是在教學(xué)過程中運(yùn)用“樂高”積木作為教具，寓教于樂，讓學(xué)生在體驗(yàn)和活動(dòng)中學(xué)習(xí)。本文重現(xiàn)該學(xué)生活動(dòng)的流程，論述了實(shí)施效果以及對(duì)我國(guó)生物學(xué)教學(xué)的啟示。

1 情境引入

Joye Myers選擇“蛋白質(zhì)合成”一課進(jìn)行了全英文的授課。在課堂一開始，她通過講授和視頻兩種方式，結(jié)合紙質(zhì)教案介紹基因如何指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成，提出“轉(zhuǎn)錄”和“翻譯”這兩個(gè)步驟，并讓學(xué)生逐漸習(xí)慣她的英語發(fā)音，掃清了語言障礙，為接下來的學(xué)生活動(dòng)做好了準(zhǔn)備。

2 學(xué)生活動(dòng)

2.1 教師課前準(zhǔn)備 ①印有背景知識(shí)、活動(dòng)流程、深入探究的紙質(zhì)教案；②核糖體索引卡(用以記錄mRNA上密碼子序列、tRNA上反密碼子序列、氨基酸序列的卡片)；③密碼子表(圖略)；④20種不同顏色、大小和形狀的“樂高”積木顆粒，以代表組成蛋白質(zhì)的20種氨基酸，分別裝在20個(gè)透明盒子中(圖1)。

圖1 “樂高”積木代表的20種氨基酸

2.2 學(xué)生活動(dòng)步驟 具體如下：

(1)前后左右的學(xué)生形成四人小組。第一位學(xué)生扮演RNA聚合酶，記錄下四人的出生年月日，再按教案中的對(duì)應(yīng)關(guān)系，將數(shù)字轉(zhuǎn)換成mRNA中的堿基序列。例如，0、4對(duì)應(yīng)于堿基C；1、5、8對(duì)應(yīng)于堿基A；2、6、9對(duì)應(yīng)于堿基G；3、7對(duì)應(yīng)于堿基U。由于起始密碼子通常是AUG，故教案中給出了AUG________，供學(xué)生補(bǔ)充完整。

(2)第二位學(xué)生扮演核糖體。讀取mRNA上的遺傳信息，并和扮演tRNA的第三、四位學(xué)生聯(lián)系。即在核糖體索引卡上將mRNA中的堿基序列轉(zhuǎn)換為tRNA中的堿基序列，并使用密碼子表將其進(jìn)一步轉(zhuǎn)換為氨基酸序列，告訴tRNA(第三、四位學(xué)生扮演)他們應(yīng)該轉(zhuǎn)運(yùn)的氨基酸種類。

(3)第三、四位學(xué)生按照指示，去細(xì)胞質(zhì)(教室)中尋找對(duì)應(yīng)的的氨基酸，并將其攜帶至核糖體(第二位學(xué)生)處，再由第二位學(xué)生按核糖體索引卡上的氨基酸序列搭建樂高積木，形成蛋白質(zhì)。

(4)不同小組之間比較最終蛋白質(zhì)產(chǎn)物(圖2)的結(jié)構(gòu)，說出不同之處。

圖2 “樂高”積木組裝成的蛋白質(zhì)

(5)隨堂進(jìn)行了7題的問題測(cè)試。

(6)進(jìn)一步探究活動(dòng)。建議學(xué)生嘗試用其他代碼編碼DNA堿基序列來完成該活動(dòng)，或者轉(zhuǎn)換扮演角色來完成該活動(dòng)。介紹基因突變的概念，讓學(xué)生探究其會(huì)給蛋白質(zhì)合成帶來怎樣的影響。

3 案例啟示

3.1 重視激發(fā)興趣多于知識(shí)傳授 關(guān)于DNA堿基序列問題，美國(guó)教師并沒有讓學(xué)生通過美國(guó)國(guó)立生物技術(shù)信息中心(NCBI)的網(wǎng)站來獲取(雖然我校AP國(guó)際部學(xué)生可以自由上網(wǎng))，而是用四人小組中各位學(xué)生的出生年月日代表DNA的堿基序列，進(jìn)而轉(zhuǎn)換出mRNA的堿基序列。筆者在課后與執(zhí)教者交流過該問題，她說原因有兩個(gè)：①因?yàn)檫@節(jié)課的設(shè)計(jì)重點(diǎn)是讓學(xué)生參與“基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成”的模擬活動(dòng)，而非基因序列的查詢；②從學(xué)生的生日出發(fā)獲取DNA堿基序列，更貼近生活實(shí)際，容易激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。美國(guó)高中教育對(duì)學(xué)生興趣的激發(fā)和保護(hù)的重視由此可窺豹一斑。在對(duì)教學(xué)目標(biāo)的考量中，對(duì)學(xué)生興趣的培養(yǎng)明顯高于對(duì)知識(shí)技能的傳授。而國(guó)內(nèi)教師在平時(shí)的教學(xué)過程中可能更多地考慮到科學(xué)性與嚴(yán)謹(jǐn)性，對(duì)趣味性與生活化往往重視不夠。

3.2 重視學(xué)生活動(dòng)多于習(xí)題操練 從本節(jié)課的時(shí)間安排來看，前面背景知識(shí)介紹用了10 min，后面的學(xué)生活動(dòng)用了25 min，最后5 min用來進(jìn)行隨堂檢測(cè)及給出進(jìn)一步探究的建議，從時(shí)間安排上足可見執(zhí)教者對(duì)于學(xué)生活動(dòng)的重視。在活動(dòng)中，學(xué)生分別扮演了角色。尤其是在“核糖體將特定序列的氨基酸組裝成蛋白質(zhì)”這一過程中，執(zhí)教者大膽引入孩提時(shí)非常熟悉的“樂高”積木，真正體現(xiàn)了“寓教于樂，讓學(xué)生從玩中學(xué)、從做中學(xué)”的理念。從活動(dòng)之后的隨堂問題檢測(cè)結(jié)果來看，本節(jié)課收到了較好的教學(xué)效果，問答題的正確率達(dá)到80%以上，絕大多數(shù)學(xué)生能用自己的語言來表達(dá)基因如何控制蛋白質(zhì)的合成。對(duì)比于筆者平時(shí)的教學(xué)行為，在課堂中可能更多地側(cè)重于知識(shí)與技能、過程與方法目標(biāo)的達(dá)成。由于課時(shí)局限，往往舍不得花太多時(shí)間去開展學(xué)生活動(dòng)。通過觀摩課，體會(huì)到學(xué)生對(duì)于活動(dòng)的喜愛、參與活動(dòng)過程中思維的高度活躍，以及充分調(diào)動(dòng)學(xué)生積極性之后，收到意外的教學(xué)效果。也啟發(fā)今后可用磁力棒來模擬染色體(鋼珠模擬著絲粒)輔助減數(shù)分裂的教學(xué)，可用圍棋來做分離定律的模擬實(shí)驗(yàn)，可用撲克牌來模擬染色體組等。

3.3 重視知識(shí)產(chǎn)權(quán) 注重對(duì)知識(shí)產(chǎn)權(quán)的保護(hù)，也和教育有著密不可分的關(guān)系。在Joye Myers這節(jié)課的教學(xué)過程中，筆者留意到幾個(gè)細(xì)節(jié)：①即使是只在課堂使用而不公開發(fā)表的教案，執(zhí)教者也在末尾標(biāo)明了參考文獻(xiàn)；②在執(zhí)教者課前準(zhǔn)備的“密碼子表”中，最后一行也清晰可見“圖片經(jīng)麥格勞-希爾公司許可使用”；③在課堂上播放的“基因表達(dá)”的視頻也依然標(biāo)明了出處。從這些細(xì)節(jié)可見，教師對(duì)尊重知識(shí)產(chǎn)權(quán)這一理念起到了很好的推廣和示范作用。筆者意識(shí)到，在今后的教學(xué)行為中，還有許多可改進(jìn)之處。例如，在編制學(xué)案、教案過程中，對(duì)于引用到的圖片、文字等資源應(yīng)標(biāo)明出處；在課堂上使用他人制作的視頻、音頻等資料時(shí)，也應(yīng)說明來源并致謝；甚至在援用學(xué)生制作的模型、小發(fā)明創(chuàng)造時(shí)，也應(yīng)該說明作品來自哪位學(xué)生。教師工作具有其特殊性，對(duì)學(xué)生有著潛移默化的影響力，要想提高國(guó)民對(duì)知識(shí)產(chǎn)權(quán)的整體認(rèn)知度，教師在其中起的作用可謂不可或缺，責(zé)無旁貸。