建构“软磁铁模型”突破教学难点的课例分析

王丽

摘 要 模型制作是高中生物教学中培养学生思维能力、想象能力、动手能力及创新能力的重要途径。通过教学实践，笔者认为软磁铁模型的使用效果较好，此模型能长期保存使用、经济环保。通过实例浅谈软磁铁模型的制作方法及其在帮助学生在理解遗传变异中相关概念时的应用。

关键词 软磁铁 模型 遗传变异 概念辨析

中图分类号 G633.91 文献标志码 B

无论在科学研究还是在学习科学的过程中，模型和模型方法都起着十分重要的作用。教育部颁布的 《普通高中生物课程标准（实验）》中，明确将获得生物学模型的基本知识作为课程目标之一，并在内容标准或活动建议部分做了具体的规定。模型是以研究模型来揭示原型的形态、特征和本质的方法，是以简化和直观的形式来显示复杂事物或过程的手段。

人教版生物必修1教材对模型的定义是：“模型是人们为了某种特定目的而对认识对象所做的一种简化的描述，这种描述可以是定性的，也可以是定量的；有的借助于具体的实物或其他形象化的手段，有的则通过抽象的形式来表达”。教材中所说的三种模型即物理模型、概念模型和数学模型。物理模型是指以实物或图画形式直观地表达认识对象特征的模型，既包括静态的结构模型，又包括动态的过程模型。本文简述笔者在生物教学中，利用软磁铁作为材料构建物理模型突破遗传变异中的概念教学中相关难点的一些做法。

1 软磁铁作为构建物理模型材料的优点

软磁贴质地较柔软，主要成分为软质橡胶，类似厚纸片，是一种背面带磁铁的材料，其表面可用记号笔标写，擦洗修改方便；软磁贴可视化效果好，色彩多样，且尺寸可任选或自行裁剪，方便构建各种平面物理模型；软磁铁模型使用简便，目前教室内的黑板多以铁为材质，可以吸附在黑板上；软磁铁模型便于操作，根据教学活动需要在软磁铁模型上面用记号笔书写一些必要文字，或者粘贴在黑板上时，用粉笔辅助文字说明。这种模型最大的优点是生动形象，既能静态说明也能动态展示，克服了多媒体演示转瞬即逝的缺点，教师亲手演示模型给学生看，在教学中取得的效果非常明显。

2 利用软磁铁制作基因、染色体等素材、零件的基本步骤

制作者可以直接在软磁铁上画出基因、染色体的模式图，然后用剪刀等工具裁剪；也可以将要演示的结构或过程画在大白纸上，然后蒙在软磁铁上，照着模子剪下来即可。如果模型结构比较简单，就可直接用水笔在软磁贴上画好，沿着画好的轮廓剪好即可。如果模型比较复杂，手工绘画不容易，就可从网上下载或在画图工具中制好模板或模型图片，按一定比例把模型图片打印出来，再把打印图片用固体胶黏贴到软磁贴上，最后沿图片轮廓剪好。关于模型的尺寸大小，要以教室内最后一排学生看清楚为宜。

建立模型的一般程序：

（1） 掌握原理：本文中所要解决的是基因、DNA、染色体及三种可遗传变异——基因突变、基因重组、染色体变异等知识点中的一些难点辨析，所以构建模型前应理顺需要解决的相关问题和如何用模型突破难点。

（2） 明确类型：本文中明确所构建的模型属于物理类型，以图片、图画、拼接转移等操作进行表达。

（3） 构建草图（框架）：选择适当的图形、文字、符号在草稿纸上勾勒出草图，搭建框架。构建时只需要考虑普遍存在的情况即可，一般不考虑极少数情况或特例。

（4） 修饰完善：对照原理查验所构建的草图（框架），确保其科学性，修饰完善模型；然后进一步结合软磁铁材料构建出正式的模型，力求规范、简洁、直观、有美感。

（5） 补充：对一些模型要添加必要的文字说明、示例、图注等，使模型更科学、更清楚、更规范。

在实际建模过程中各种生物模型的建构过程有一定的差别。模型制作原则是实现模型原型高度的相似相近，这样做的目的不是为制作模型而制作，而是让学生通过制作模型，再现难以直接观察的微观或宏观的生命结构或过程，使原型知识得到进一步巩固和理解。

3 利用模型演示突破部分“遗传和变异”易混淆的概念

本文相关的软磁贴模型构建如图1～图6所示：

3.1 认识基因的本质，辨别等位基因的本质区别

笔者在教学中发现学生对基因的本质及等位基因的理解存在一定的问题，教师通过直接讲授或多媒体的瞬间演示难以使学生清晰掌握。

基因就是“一段能通过它所编码的蛋白质来说话的DNA”，它可以再分成几个单字，每个单字称作字区（domain）。目前认为基因即具有遗传效应的DNA片段。可以通过图1所示的软磁铁模型演示。

基因A与a是一对等位基因，它们位于一对同源染色体的同一位置上，控制着生物的一对相对性状，其最根本的区别是两者的碱基序列不同。以上概念辨析可以通过图2所示的软磁铁模型演示。

3.2 区别基因突变与染色体结构变异

由于DNA分子中发生碱基对的增添、缺失或改变，而“引起的基因结构的改变”就叫做基因突变。而DNA分子上绝大多数片段都不是基因。所以，DNA上大部分碱基不属于基因的碱基，DNA上碱基变化，不一定就是基因上的碱基变化。此概念辨析可以用图3所示的软磁铁模型演示。

如果基因中发生部分碱基对的增添、缺失或改变，而使基因的内部结构发生改变，就叫基因突变。例如：染色体上的某个基因的3个碱基对缺失而引起该基因内部发生变化，这是基因突变，基因突变是在“碱基水平”上发生的变异；如果碱基对的缺失在以基因为单位的基础上变化，而不是基因内部，例如：某一染色体上有100个基因，由于基因片段缺失，还剩90个基因，少了10个基因，此时就叫染色体变异，属于染色体结构变异中的“缺失”。大量碱基对的缺失导致整个基因缺失，这已经属于“染色体结构水平”上的变异。可以在图3的基础上进一步构建丢失若干碱基对的软磁铁模型演示。

3.3 辨别基因重组的两种类型

基因重组有两种情况，一种是可以发生在减数分裂过程中以及非同源染色体上的非等位基因之间，这叫自由组合，发生在减数第一次分裂的后期；另一种是发生在同源染色体联会时的非姐妹染色单体之间，这叫做四分体交叉互换，发生在减数第一次分裂的前期。学生对这样的两种类型往往混淆不清。此相关概念的辨析可以通过图4、图5所示的软磁铁模型演示。

此外，这个模型可以让学生直观地辨别同源染色体上的非等位基因和非同源染色体上的非等位基因，并指出孟德尔基因的自由组合定律中的基因指的是后一种类型。

3.4 辨别基因重组中四分体交叉互换与染色体结构变异中的易位

交叉互换属于基因重组的一种类型，发生在减数分裂过程中同源染色体中的非姐妹染色体单体之间；而易位属于染色体结构变异，是发生在非同源染色体之间，两种情况发生的对象不同。

教师在讲解中特别要强调片段转移发生在同源染色体之间还是非同源染色体之间。此相关概念的辨析可以通过图5、图6所示的软磁铁模型演示。

4 利用软磁铁构建物理模型辅助课堂教学的感悟

笔者利用软磁铁构建物理模型进行生物教学时，有如下的思考：首先，软磁铁作为构建模型的材料只要准备充分，便一劳永逸，永久性的重复使用，且此模型可组装性强，在多个教学板块均可使用，例如文中所提到的一些模型在讲基因突变、基因重组、染色体变异、基因工程等新授课内容以及进行高三综合复习时均可用；其次，软磁铁构建模型与教学难点相链接，有利于进行知识点之间的前后联系，使用策略简单，便于让学生参与。当然，模型在使用时不能流于形式，在模型教学中需要让学生明白其不是“玩具”，形成正确使用模型教具的态度，掌握使用方法，更重要的是要在情感上认同“物理模型”建构思想。

参考文献：

[1] 宋正海.利用软磁贴制作生物学模型[J].实验教学与仪器，2015（1）：70.

[2] 赵艳.基于模型教学培养学生创新思维[D].陕西师范大学生命科学学院，2013.

[3] 任守运.高中生物新课程中“模型制作”课题教学建议[J].中学生物教学，2009（09）：43-44.

[4] 曾娟.课堂精设计，模型增魅力——高中生物“碳循环”一课的教学设计[J].中学生物学，2015（10）：27-29.