指向核心素養的高中生物自制教具應用策略

◎ 海南省海南中學 陳青美

微觀的生命結構抽象、復雜，不易理解。為使難以直接觀察的生命現象在課堂上得以呈現，使生命結構具象化、可視化，自制教具用于揭示生命結構的特征和生命現象的本質受到一線師生的推崇。有效利用自制教具開展教學，豐富教學途徑，改善教學效果，發展學生的生命觀念、科學思維、科學探索、社會責任，切實落實生物學科核心素養培養目標，筆者嘗試制定指向核心素養培養的自制教具應用策略。

一、整理結構，理清觀念

1.凸顯結構與功能觀

生物體的結構決定功能，結構與功能相適應。在教學中充分挖掘教材內容，指導學生制作生物體結構模型，以增強物理效果，凸顯結構與功能觀，有利于學生更好地理解生物體的結構和功能，了解生物體結構和功能的復雜性。

如針對人教版必修模塊開展模型制作大賽。學生就地取材，選擇多樣化的材料，制作了多種多樣的生物模型，涵蓋了分子、細胞、組織器官及個體結構，呈現了生物體結構和功能的多樣性和獨特性。如構建DNA雙螺旋結構模型，學生選擇多樣化的材料代表磷酸、脫氧核糖、含氮堿基，小組間討論構建脫氧核苷酸連接成的長鏈→體現反向平行→構建立體結構：DNA分子雙螺旋結構，并根據模型，拓展分析DNA為什么能儲存遺傳信息，DNA的哪些特點保證了復制準確無誤。通過模型制作，讓學生感受螺旋之美，感嘆生命之美，有助于學生形成“結構與功能相適應”的生命觀念。

2.內化知識，落實物質與能量觀

物質與能量觀是闡述生物體生命活動需要的物質與能量，以及物質與能量之間關系的生命觀念。在“光合作用的過程”教學中，組織學生構建葉綠體模型，模擬光合作用的光反應和暗反應過程、所需條件、進行的場所、發生的物質變化和能量轉化，闡述光反應和暗反應在物質變化和能量轉化的聯系。以利于學生更好地理解光合作用的過程，厘清物質和能量的關系：在光反應中光能轉換成ATP和NADPH中的化學能；在暗反應中，ATP和NADPH中的化學能轉化為儲存化學能的糖類。ATP、NADPH和糖類的合成和分解，離不開能量的儲存和釋放。光合作用中物質的變化和能量的轉化不可分割，相輔相成，物質和能量是生物體生存和發展的必要條件。

3.厘清復雜的遺傳學規律，形成進化與適應觀

進化與適應觀是對生命本質的理解，種群基因頻率變化與自然選擇有什么關系呢？通過制作樺尺蛾模型和構建模擬樺尺蛾生活的環境，探究自然選擇對樺尺蛾種群基因頻率變化的影響。創設情境，引導學生通過模擬實驗，探討環境改變是否會影響樺尺蛾種群中淺色個體的出生率，在自然選擇過程中，直接受選擇的是基因型還是表型，樺尺蛾種群的基因型頻率、基因頻率發生什么樣的變化。通過模擬實驗、用遺傳規律的方法計算種群基因頻率的變化，厘清種群中相應基因頻率變化的原因，有利于學生理解生物進化的實質，理解適應是自然選擇的結果，形成進化與適應觀。

二、應用史料，拓展思維

讀史料，運用科學史素材，以科學實驗發現為依據，利用教師提供的學案或材料，體驗模型建構的過程。

半個學年過去了，我是越戰越勇，名次上升很快，甚至數學還以滿分和張紹凡并駕齊驅。她看我的眼神變得不一樣了，有驚奇還有疑惑。

1.依據“生物科學史話”欄目，展示科學研究過程

新人教版教材中“生物科學史話”欄目內容豐富，極大地滿足了課堂教學的需求。如在“蛋白質是生命活動的主要承擔者”一節中，利用“生物科學史話”欄目—世界上第一個人工合成蛋白質的誕生，展示牛胰島素全部氨基酸的排列順序，引導學生模擬我國科學家人工合成結晶牛胰島素，感受循序漸進的科學研究過程，激發學生的民族自豪感，引導學生追求真理，用事實說話，將所學知識應用于生活中造福人類，發展學生的科學思維，培養正確的科學態度和價值觀。

2.依據時間軸敘述科學史實，構建模型

科學的發現需要從觀察入手，科學學說的建立是一個不斷修正和發展的過程。人們對細胞膜成分與結構的認識經歷了很長時間，在“對細胞膜成分和結構的探索”教學中，沿著科學史實時間軸，重走“科學家之路—細胞膜成分和結構的科學發現歷程”，根據科學史實，繪制細胞膜的平面模型或構建細胞膜的結構模型，體會科學家探索的心歷路程，感受科學的發展離不開技術的支持，感受細胞膜成分發現的喜悅，感受科學家為追求真理而不懈努力，對細胞膜結構不斷修正的科學精神，拓展科學思維。

3.依據多維科學史料構建模型

生物學科核心素養的養成，不是對知識的簡單記憶，而是在分析問題、探究問題的過程中理解其科學原理和作用機制。如在“細胞核的功能”教學中，呈現科學史資料：變形蟲切割和核移植實驗、克隆羊多莉實驗、傘藻嫁接和核移植實驗、黑白美西螈的核移植實驗和蠑螈受精卵橫縊實驗。學生通過閱讀史料，開拓視野，以史為據，組間互動，建構模型。在優化環節，通過組間競爭，相互學習，取長補短，促進模型完善；在展示環節，學生闡明模型特點和自身見解、感受。教師引導學生質疑、爭論、評價，明確各小組模型的改進方向，培養學生質疑、批判精神，拓展了思維的深度和廣度。

三、組件演示，加強探究

部分高中生物學教具價格昂貴、數量有限，有些學校的教具配備不足，嚴重影響了教學效果。教師可以就地取材，選擇日常生活的易拉罐、紙箱等邊角料，或是椰子殼、龍眼核等本地特色資源，做到變廢為寶，以彌補教具的不足。此外，已有的教具可操作性不強、直觀性差，制約教學效果。而師生共同自制多個組件教具，可觀察、可觸摸、可拆卸、可重復組裝，可模擬探究生命現象，可探究生理過程，教學實用、易于推廣。組件演示模擬探究過程主要為如下兩種策略。

1.創設實驗情境，引導自主探究

在一些教學環節中，創設實驗情境，學生根據教師準備的組件，自主探究。如“體細胞核移植實驗活動”中，先介紹世界上首例體細胞猴在我國誕生，讓學生感受我國科學家的偉大成就，激發學生的民族自豪感。再引導學生一起細說他們喜歡的動物及展示海南島的國家一級保護動物，引導學生討論：你想克隆什么動物？為什么想克隆該種動物？你如何選擇材料？選材過程需要注意什么環節，目前克隆技術存在什么問題？請寫出你的實驗設計方案，推測實驗預期結果等。在自主探究過程中，學生的實驗設計能力、創新能力、解決問題的能力得以提升。

2.動態模擬，使過程具象化

生物學中某些具體的代謝過程或生理過程復雜深奧，難于在高中課堂開展。利用多種組件，將模擬實驗和探究活動相結合，順利突破教學難點，落實核心素養。

如組織學生開展模擬基因突變與蛋白質結構變化的關系。利用DNA、mRNA、tRNA、核糖體、氨基酸、攜帶氨基酸的tRNA、各種堿基等各種組件，引導學生模擬堿基替換、增添或缺失等突變，演繹推理基因突變可能導致的結果。通過模擬實驗，設計實驗方案，探究堿基替換、增添或缺失等情況與蛋白質的關系。促進學生理解基因突變可能引起蛋白質氨基酸序列發生較大的變化，從而影響生物性狀。通過建構物理模型，將微觀的基因突變現象可視化、具象化，達成簡單到復雜、抽象變形象、靜態轉動態的進階教學。提升了學生的觀察能力、演繹推理能力、比較分析能力，提升學生科學探究素養。

四、討論議題，確立責任

通過研讀新課標、新教材，挖掘核心素養內涵，分析教材知識價值，開展了主題式的自制教具活動，引領學生主動承擔社會責任。

1.挖掘前沿知識，培育科學精神

挖掘科技前沿知識中蘊含的社會責任，培養學生的科學精神與人文精神。如以“基因編輯技術”為主題，查閱文獻，了解基因編輯技術的原理、工作機制及其魅力。嘗試模擬針對某個基因進行精準修改和編輯。暢想基因編輯技術的應用潛力，以吸引更多學生從事基礎科學的研究，為人類健康、農業可持續發展等領域尋找更多的創新機會。

2.跨模塊知識整合，提升議題參與度

結合教材內容，結合學情，借助教具制作活動，實現跨章節、跨模塊、跨學科的主題式知識整合，提升學生對社會議題的參與度。如舉行“關愛健康，珍愛生命”的主題活動，以“認識新型冠狀病毒→傳染途徑→侵染機理→預防和治療→保護自身的健康”為探索路徑，鼓勵學生從構建病毒的結構出發，模擬病毒的作用機制，構建人體針對病毒引起的體液免疫和細胞免疫的模型，闡述疫苗作用的機制，提出病毒檢測的原理和預防新型冠狀病毒肺炎的措施，使學生的認知得到了拓展、延伸和提升，擴大了學生的參與面。在班級及校內進行作品展示，又提升了其影響力。

3.保護環境，人人有責

如以“溫室效應的危害及對策”為主題的探究活動。學生通過查閱文獻、繪圖解析、制作模型、撰寫論文、拍攝視頻等方式，形成了“溫室效應的形成→溫室效應的危害→如何降低溫室效應→降低能耗，人人有責”的探究路徑與方法，從不同角度號召人們保護環境，宣傳中國傳統文化天人合一、與自然和諧發展的精神。

綜上所述，通過自制教具在高中生物教學中的應用，使核心素養落地生根。學生用腦思考，用眼觀察，動手制作，手腦并用，親歷和感受科學探究的過程。學生在“做中學”“用中學”“創中學”，學習自主性大大增強，在體驗中收獲快樂與進步，提高了學生的核心素養。