利用自制教具解决高中生物微观知识的教学尝试

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高中阶段的生物课程多是探究细胞水平及分子水平的知识，借助一些能反映生命本质的教具有利于开展高中生物教学。自制教具是教师和学生利用简便易行的方法，就地取材，自己动手制作的模型。自制教具能体现执教者的教学意图，显示学习者对所学内容的理解，在教学中更能帮助解决重点和难点。麦克斯韦也曾说过：“实验的教育价值与仪器的复杂性成反比，学生自制的仪器，虽然经常出毛病，但它却会比用仔细调节好的仪器能学到更多的东西。”

教具隶属于“模型”范畴，所谓“模型”，就是模拟所要研究事物原型的结构形态或运动形态，是事物原型的某个表征和体现，同时又是事物原型的抽象和概括。模型一般可分为物理模型和数学模型两大类。物理模型就是根据相似原理，把真实事物按比例大小放大或缩小制成的模型，可以模拟客观事物的某些功能和性质。物理模型又可分为物质模型和思想模型。生物学中物质模型有实物模型和模拟模型，如生物体结构的模式标本；而细胞结构模式图、减数分裂图解等则属于模拟模型。思想模型是事物在人们思想中的理想化反映，是物质模型在思维中的延伸。根据构建模型的思想方法的不同，又可以分为两类：一类是以形象化方法（或称为意象思维方法）构建的具象模型，它是人们在思维中通过对生物原型的简化和纯化而构思出来的，具象模型具有一定的形态结构特征。如，分子双螺旋结构、生物膜流动镶嵌模型等。它能使研究对象直观化，既可以促进研究，又可以简略描述研究成果，使之便于理解和传播。另一类是以理想化方法（或称抽象思维方法）构建的模型，是人们抽象出生物原型某方面的本质属性而构思出来的，例如，呼吸作用过程图解、光合作用过程图解等过程理想模型，食物链和食物网等系统理想模型。

目前学校使用的教具很大部分就是物理模型。物理模型能使研究对象直观化和简化，同时还可以简略描述研究成果，使之便于理解和传播。所以，我们以制作与教学相关的物理模型为突破口。

首先，教师按照高中生物的知识体系梳理出高中生物必修1-3教材中适合制作教具的知识点，教师自制或指导学生制作出作品。高中生物的知识体系有三个概念主线：一条是关于细胞的结构；一条是关于生命两大物质DNA和蛋白质的；还有一条是染色体的行为变化。关于第一条主线的适于制作模型的概念有：生物膜的流动镶嵌结构、各种细胞器亚显微结构、细胞核亚显微结构、细胞亚显微结构等。这些模型的共同点是都具有膜结构。围绕第二条主线的概念很多，可分为DNA和蛋白质两个部分，具体概念有：脱氧核苷酸的结构、脱氧核苷酸链的组成、DNA的结构、DNA复制、转录和翻译；氨基酸的结构、二（多）肽的结构、多肽链的空间结构等。各部分内部的关联是按照由小分子形成大分子的顺序，而且DNA能指导蛋白质的合成，所以两部分概念又是联系的。第三条概念主线上，染色体是遗传物质的载体，细胞的有丝分裂和减数分裂时均有染色体的行为变化，如染色体的复制、姐妹染色单体的分离和同源染色体的联会、分离等。

接着将已制作的教具作品应用于教学实践。自制教具可以在新课教学、复习课教学甚至学生的自主学习中使用。

（1）高中生物教材中有很多微观领域的知识摸不到、看不见，有的道理比较抽象，学生不能感知或不能直接感知。这就必须借助教具来代替实物，使学生获得感性知识。教学实际中，购买的教具成品往往是一个整体，不能拆卸；或者是静态的，使用时不便于讲解和演示，给教学带来了不便。所以，在备课时，教师了解学生的已有知识，并对可能遇到的理解知识的困难通过使用直观的、形象的或组合的教具辅助教学。如，人教社生物必修教材中提到的真核细胞三维结构模型、生物膜的流动镶嵌模型、DNA双螺旋结构模型等，对学生理解细胞和某些分子的立体结构很有帮助。

（2）复习课教学使用。根据高中生物知识的体系，学生在复习时必须在头脑中建立起以上主线知识的联系。复习旧知识时，可以展示以前上课用到的教具，教具具体的形象会唤起学生的记忆。教师既可以提问复习，又可以让学生自己或小组合作讲解，达到巩固的作用。为了防止学生在辨析概念时出现混淆。教师制作教具时要注意教学的连贯性。模型是课堂知识的再现，生物概念之间本身就有联系，由一些主线将他们串联在一起，割裂了概念的联系，学生掌握的必然只是支离破碎的知识点，不利于学生理解和拓展延伸。

（3）学生学习完某一知识后，可以将一些具象的模型转换成模拟模型，比如，将细胞有丝分裂和减数分裂中的染色体的形态、数量、位置的变化转换成列表，学生通过绘画把变化呈现出来，还可以引导学生进一步推导出染色体、染色单体、DNA数量之间的关系规律，建立起分裂过程中三者的变化曲线。这样，学生了解了各种模型的建立方法和相互之间的关系，对知识的理解更加灵活。

通过指导学生自制教具，学生对高中生物充满了学习的热情，很多学生学习成绩进步显著。在学习过必修1的教材后，我们组织了一次学生自制模型的比赛，对学生的作品分类评比。课堂上，教师对优秀作品的成功之处进行点评，而对一些落选作品，请学生提意见，比较它与优秀作品的差异，在评比过程中，学生知道了材料选取的重要性，概念理解的必要性，这实际上也是一次全体学生对知识的复习，同时自制教具也解决了学校缺乏可使用的符合教学需要的、简便又容易操控的教具的难题。