自制教具在高中生物學概念教學中的應用

孫琦　卜慶梅

《普通高中生物學課程標準（2017年版）》（以下簡稱新課標）聚焦大概念、重要概念和具體概念，要求學生通過主動學習，深刻理解和應用重要的生物學概念，發展生物學學科核心素養。可見概念教學仍然在高中生物學教學中占有重要地位。同時，新課標還指出：“學生學習是主動參與的過程，通過探究性學習活動，積極參與動手動腦活動，加深對生物學概念的理解，提升應用知識的能力”。因此，教師在教學中應該采用各種方式和手段以促進學生對概念的理解。

自制教具作為一種經濟高效的教學手段，在課堂教學中，可以快速調動學生學習的積極性，起到事半功倍的教學效果。同時，北京師范大學劉恩山教授曾提到，自制教具可以生動、形象地表示抽象概念的各種要素及其關聯，使學生在獲得感性認識的基礎上建立理性認識，形成概念和原理。

人教版高中生物學教科書《必修2"遺傳與進化》模塊內含有兩個大概念，在大概念“遺傳信息控制生物性狀，并代代相傳”下，包含大量抽象的具體概念，如“概述DNA分子通過半保留方式進行復制”“概述遺傳信息通過RNA指導蛋白質的合成”。筆者在教學實踐中發現，教師通常認為概念教學中最好的方式是利用教科書的插圖或動畫進行講解，再通過大量習題鞏固教學。而課后對學生訪談發現，學生往往只是死記硬背應付考試，難以理解概念的內涵，更無法做到舉一反三。因此，在概念教學中更需要自制教具的支撐和輔助。根據國內外學者們提出的關于概念教學基本環節的見解，將概念教學分為感知概念、構建概念、鞏固概念、深化概念、應用概念共五個環節。下面以“遺傳信息的翻譯”為例，將自制教具融入到概念教學的環節當中，以期為高中一線生物學教師的概念教學提供參考，獲得更好的教學效果。

1 教材分析

“遺傳信息的翻譯”是《必修2"遺傳與進化》第四章第一節第二課時的內容，是在前三章相關知識的基礎上，進一步加深學生對基因及作用機理的認識。其中，翻譯的概念及條件既是本節的教學重難點，又是新課標中規定的具體概念之一，要求學生理解并靈活應用。

2 教具制作

2.1 材料用具

材料：厚度為1mm的硬紙板、各色水彩顏料、磁鐵片。

工具：馬克筆、顏料刷、鉛筆、剪刀、刻度尺、雙面膠。

2.2 制作過程

2.2.1 制作核糖體

在硬紙板上分別繪制長軸30cm、短軸24cm以及長軸24cm，短軸8cm的橢圓兩個。較大橢圓在

為通訊作者上，較小橢圓在下，并將大橢圓的底端與小橢圓的頂端盡可能的重合，利用剪刀裁剪繪制圖像的外邊緣部分，分別代表核糖體的大小亞基。用紫紅色水彩涂上顏色，并在硬紙板背后貼磁鐵片，如圖1所示。

2.2.2 制作mRNA

用刻度尺測量核糖體大小亞基交接處為24cm，己知一個核糖體只能容納兩個密碼子即六個堿基，因而規定每個堿基長度為3.5cm，各堿基之間距離為0.5cm。根據堿基的不同形狀在硬紙板上繪制長度為 80cm的mRNA鏈并用剪刀裁剪、水彩上色（不同的堿基對應不同的顏色）、馬克筆標記。最后，在制作好的mRNA鏈后貼特制磁鐵片（將2或3個磁鐵片疊放，保證mRNA鏈騰空可以容納核糖體來回移動），如圖2所示。

2.2.3 制作tRNA

每個tRNA攜帶一個反密碼子即三個堿基，呈三葉草狀。在硬紙板上繪制長巧cm.寬12cm的tRNA結構4個，各堿基分別與mRNA上的堿基對應并保持大小、間隔均一致。用剪刀裁剪、藍色水彩上色、馬克筆標記堿基、雙面膠貼磁鐵片，如圖3所示。

2.2.4 制作游離的氨基酸

如圖4所示，選取直徑為5cm的不同顏色的磁鐵片4個代表不同種類的氨基酸。

3 課堂應用

3.1 復習導入，引出新知

教師引導學生回顧復習DNA復制及轉錄的相關知識，并提出問題：DNA經過復制后形成了兩條完全相同的DNA分子，接著經過轉錄形成了mRNA，這兩個過程均在細胞核中進行。mRNA上的堿基序列如何變成細胞質中蛋白質的氨基酸序列？

設計意圖：教師通過引導學生回顧DNA復制和轉錄的相關知識，給學生建立從DNA→mRNA→蛋白質的知識框架，幫助學生理解三者之間的關系，有利于學生整體掌握知識，引出“基因指導蛋白質合成”的主題。這樣的設計更貼近新課標中的內容要求：“概述DNA分子上的遺傳信息通過RNA指導蛋白質的合成”。

3.2 類比推理，感知概念

教師出示工廠加工衣服的過程示意圖，與遺傳信息的翻譯過程類比分析，并提出問題：翻譯的過程也需要原材料、搬運工、裝配機器、生產線，細胞中分別是什么來充當這些角色呢？

設計意圖：教師從學生生活經驗入手，激發學習動機，同時通過類比引出翻譯過程的條件，設置疑問，使學生獲得“翻譯”的感性認識，產生求知欲。

3.3 直觀演示，構建概念

教師出示翻譯過程的圖片（圖5），引導學生共同指認名稱，同時講解其結構特點：核糖體是無膜結構，圖中所示代表大小兩個亞基;直鏈為mRNA，每三個含氮堿基稱為一個密碼子;三葉草形狀為tRNA，一端可以攜帶氨基酸，另一端有三個堿基與mRNA上的堿基互補配對，稱為反密碼子;不同顏色的小圓片代表游離在細胞質中的氨基酸。

教師播放翻譯過程的動畫，引導學生找出翻譯過程的原材料、搬運工、裝配機器、生產線并且一一對應教具：游離的氨基酸（原材料）、tRNA（搬運工），核糖體（裝配機器）、與核糖體結合的mRNA（生產線）。

設計意圖：直觀的圖片可以幫助學生掌握翻譯過程各結構特點，為“翻譯”的學習奠定基礎。學生了解“翻譯”的動態過程，一方面鞏固各結構特點，另一方面獨立思考，提高分析問題、解決問題的能力。同時，匹配并呈現教具，激發學生的學習動機，使學生的感性認識上升為理性認識。

教師利用教具在黑板上模擬演示翻譯的具體過程（圖6），利用形象的比喻總結翻譯的具體過程：“搬運工到崗”（tRNA的進入）、“原材料加工”（氨基酸的脫水縮合）、“裝配機器運行”（核糖體的移動）。并提出問題：翻譯過程的場所、模板、原料、產物分別是什么？從而引導學生總結歸納翻譯的概念：翻譯實質上是以游離在細胞質中的各種氨基酸為原料以mRNA為模板，合成具有一定氨基酸順序的蛋白質的過程。

設計意圖：教師通過自制教具指導學生觀察、思考、歸納翻譯過程的場所、模板、原料、產物等條件，將知識框架逐步構建完整，進而建立起“翻譯”的概念模型。

3.4 動手操作，鞏固概念

學生每四人為小組。教師給每個小組分發給學生教具，由小組長帶領小組成員模擬翻譯過程。

設計意圖：學生通過小組合作的形式動手實踐，小組成員共同參與模擬操作翻譯的具體過程，不再被動接受知識，真正參與課堂，加深對翻譯概念的理解。

3.5 比較概括，深化概念

教師出示復制、轉錄和翻譯的比較表格，引導學生自主完善表格，同時嘗試以概念圖的形式表示出三者之間的關系。

設計意圖：學生比較分析表格，理清復制、轉錄、翻譯三個抽象概念之間關系，形成知識體系，有利于整體掌握知識。

3.6 聯系生活，應用概念

教師出示案例，并提出問題：前段時間，一對名為露露和娜娜的基因編輯嬰兒在中國誕生，引發輿論軒然大波。所謂的基因編輯是指對目標基因進行“編輯”，實現對特定DNA片段的敲除、加入等。請聯系本節課的學習內容，解釋一下改變基因是如何影響生物的性狀？

設計意圖：知識學習的最終落腳點是學會應用，實際案例不僅能激發學生解決問題的興趣，還有利于培養學生的生物學學生核心素養。

4 教學反思

筆者在實施教學的過程中發現，自制教具中明亮的色彩搭配帶來強大的視覺沖擊，可充分利用學生的感官取得事半功倍的教學效果;應用磁鐵片，教師可以直接在黑板上演示操作過程，完全還原翻譯的動態過程，幫助學生突破難點;硬紙板的使用有利于操作和保存教具，方便學生課下繼續探討。這些均為本節課的課堂實施提供了良好的前提條件，學生回答問題積極，每位學生均能參與到課堂教學中，變被動為主動，課堂氣氛十分活躍。同時，通過課后學生的反饋，學生對該部分的理解深入，能有效運用知識解決問題。

5 結束語

自制教具若多用生活中的邊角料或易得物品制成，能有效緩解學校教學資源的不足。同時，利用自制教具作為信息載體來傳遞知識，一方面有利于將抽象概念具體化、形象化，幫助學生加深概念理解，提升學生的生物學興趣和參與創新的積極性，培養其生物學核心素養;另一方面，能有效提高教師自身的綜合素質包括操作能力、創新能力等，促進教學效率的提高。因此，自制教具對于生物學概念的構建具有積極的作用。

但是在一線教學中，自制教具的作用并沒有得到廣泛認同。教具的開發和制作對一線教師提出了更高的要求，需要教師下功夫查閱資料、花心思進行設計、找時間進行材料的搜集和具體的制作。尤其是在高中生物學概念教學中，教學時間緊、任務重，即使教師能意識到自制教具可能會有更好的教學效果，也不愿輕易嘗試。因此，教師要保持對自制教具的關注，并將其更多地運用于實踐教學中。期望有更多的高中生物學教師參與到自制教具的隊伍中來，為更好的實現高中生物學概念教學而共同努力。

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