类比模型构建在高中生物学教学中的运用——以“生命活动的主要承担者——蛋白质”一节为例

林 霞 张 锋

（1福建师范大学附属中学 福建福州 350007 2福建省普通教育教学研究室 福建福州 350001）

模型是人们按照特定的科学研究目的，在一定的假设条件下，再现原型客体某种本质特征（如结构特性、功能、关系、过程等）的物质形式或思维形式的类似物［1］。模型方法作为一种认识手段和思维方式，在中学生物学中应用广泛，并且是理性思维的一种方式。高中生物学课程中的模型构建活动，其主要价值是让学生通过尝试建立模型，体验建立模型中的思维过程，领悟模型方法，并获得或巩固有关生物学概念［1］。在众多模型方法中，类比模型是教学中将新、旧知识有效连接的一种方法。类比模型就是基于相似属性，用熟悉的事物类比和表征不熟悉的事物，通过类比模型，有助于新事物的学习，并能激发学习兴趣，加深学习者对科学知识的理解［2］。

“蛋白质的结构和功能”属于核心知识中“组成生物体的化合物”的一部分，在教学过程中应引起教师的重视，“生命活动的主要承担者——蛋白质”一节的内容由氨基酸及其种类（基础知识）、蛋白质的结构及其多样性（是教学的核心和关键点）、蛋白质的功能3个知识块组成。由于教学内容多、课时少，以往本节教学一般采取以下2种教学方式（表 1）。

表1 2种教学方式的优点及存在问题

“听过”“看过”与真正的“知道”并能“做到”，存在很大差别。为解决以上问题，笔者在实际教学中作了以下处理：

1）认真分析本节课的重、难点，确立教学目标，做到有的放矢。例如“氨基酸形成蛋白质的过程”既是本节课的重点也是本节课的难点；“蛋白质多样性的原因”既是难点，又是蛋白质功能多样性的学习的基础。

2）适度调整教学内容，减少课堂容量。将有关蛋白质和氨基酸各种计算的教学部分大胆删除，作为习题课的内容另上一节，本节课只重点讲解氨基酸的结构、连接方式、蛋白质的空间结构、蛋白质多样性的原因，以及蛋白质的功能这几个方面，整节课围绕“结构决定功能”这一生物学基本观点展开教学，先介绍蛋白质的各级结构，再介绍蛋白质的功能。

3）运用类比模型构建和小组合作性学习相结合的方式突破重、难点，让学生全身心参与到课堂中，主动学习。

1 教学过程

1.1 小组模型构建活动1：氨基酸分子通式 提供牙签、不同颜色和大小的泡沫小球及泡沫块（图 1）等自制教具，请学生认真观察、比较以下5种氨基酸的结构式（图 2），回答问题，并进行小组模型构建、表达交流。

图1 模型构建材料

图2 5种氨基酸的结构式

教师提问：1）请用准确的语言表述氨基酸的元素组成是什么？2）它们的结构具有什么共同特点？请画出结构中相同的部分。不同氨基酸分子的区别在哪里？3）如果用字母R表示氨基酸中不同的部分，请2人一组，用泡沫球、牙签等材料拼出氨基酸的结构通式，并用最简洁的语言总结该通式的特点。

在此模型构建的过程中，学生通过观察、归纳将复杂的事物进行简化，并抽象其本质属性——氨基酸的结构通式（图3、图4）。

图3 氨基酸结构通式平面图

图4 氨基酸结构通式立体图

1.2 小组模型构建活动2：氨基酸连接的方式对于“氨基酸连接方式”这部分知识，笔者并没有直接讲解，而是让学生阅读书本第22页第1段及图2-5，以前、后4人为一小组进行自学、讨论，并共同将上一个活动中做好的2个氨基酸的立体结构相连接，模拟氨基酸的连接方式。

在模型构建活动过程中,学生通过自主学习，阅读、观察及讨论，明确了氨基酸的连接方式（图5）。构建模型后，请某一组2位学生为代表，用黑板上的2个氨基酸模型演示其小组认为氨基酸是如何连接的，并用语言描述。由此，进一步加深学生对氨基酸的脱水缩合过程的理解。

图5 氨基酸的连接方式

1.3 小组模型构建活动3：蛋白质结构多样性的原因 学生前、后4人为一组，教师提供材料:6种颜色的穿孔塑料珠（每种50粒），几根细铁丝，要求学生按照小组活动记录表的分工认领任务。串几条、每条串多长，由小组自行决定，并填写活动记录表（表 2）。

步骤：①随意串几条珠链；②将几条珠链随意弯成不同的造型；③各组的作品进行比较。

表2 小组活动记录表

邀请2组学生带上作品和小组活动记录表，上讲台表达交流，介绍小组成员的分工，并展示作品（串珠链数及每条珠链中每种串珠的数目）。

小组展示后，请学生思考以下问题：

1）如果给大家提供足够时间、铁丝和20种数量不限的串珠，能串出几种作品？导致这些作品各不相同的原因是什么？

2）若每种颜色的串珠相当于一种氨基酸，则每条珠链相当于什么？

3）通过此活动，你认为蛋白质结构多样性与什么有关？

学生通过思考以上问题，得出：用不同种的串珠类比为不同的氨基酸，珠链可类比为多肽链，珠链弯曲的形状类比肽链的空间结构，并总结出蛋白质结构多样性的原因：氨基酸种类、数目、排列顺序，以及肽链的数目、空间结构决定了蛋白质的多样性。

2 教学体会

1）“类比”是根据已知事物的属性出发，寻找与发现新、旧2个事物的异同，从而探明新事物可能具有的属性。从心理学角度分析，类比能力与人的迁移有关，更与联想、观察、比较、分析、推理等思维有关，需要调动已有的知识、技能、经验等进行。美国教育心理学家奥苏伯尔说过：“假如让我把全部教育心理学仅仅归结为一条原理的话，那么，我将一言以蔽之：影响学习的唯一重要因素，就是学习者已经知道了什么。要探明这一点，并应据此进行教学。”所以，通过模型进行类比，既能从已知出发，快速地“桥接”到新知识的学习上，又能利用模型将抽象的知识具体化、形象化，让这些新知识融会贯通，而达到事半功倍的效果。

例如本案例“氨基酸分子通式”和“氨基酸连接的方式”这2个类比模型构建的活动中，学生就根据化学中学习过的有关甲烷分子式、结构式和球棍模型进行类比，再根据自己的观察、比较、归纳，以及阅读教材和学案中的相关知识，重新构建氨基酸结构通式的模型及氨基酸的连接方式；而在“蛋白质结构多样性的原因”的类比模型构建活动中，学生进行串珠活动后，教师提出问题：如果给大家提供足够时间、铁丝和20种数量不限的串珠，能串出几种作品？导致这些作品各不相同的原因是什么？通过这个活动，你认为蛋白质结构多样性与什么有关？让学生迅速地将蛋白质多样性原因与串珠作品的多样性原因相联系。

2）虽然类比模型的构建活动与单纯用语言讲授或动画演示相比，在教具的准备、摆放等课前准备上需花费更多的时间，课堂容量也相应减少，课堂上需要留给学生更多的时间进行观察比较、联想迁移等思维活动，还要进行小组讨论和构建模型活动；教师不易掌控教学过程，但教师的 “麻烦”却能激发学生的学习兴趣和积极性，使得课堂更加开放，氛围更为轻松，最大限度地发挥学生的主体作用，同时，这种类比模型的构建过程也是学生思维与行为相统一的过程，学生以已有的知识和经验为基础，通过类比，快速而准确地理解新的概念，并在大脑中初步构建新的模型，然后在实际动手建模的过程中，将头脑中抽象的概念具体化，将虚拟的模型转化成实物，并在此过程中通过小组讨论及自身的思考，不断进行修正，最终构建新模型，学生从中不仅真正获得了新知识，还在探索思考中体会到模型的构建方法，获得认知水平上的提升。此外，学生在阅读、观察、分析、推理、整合和语言表达能力等方面也得到了锻炼，从而顺利地突破教学的重、难点，有效实现本课的教学目标。

主要参考文献

［1］谭永平.高中生物学新课程中的模型、模型方法及模型建构.生物学教学，2009，34(1)：10.

［2］赵萍萍,刘恩山.中学生物学中的类比模型及其构建.中学生物教学，2015（6）：4.

［3］俞红成.高中生物学科核心素养的教学培养策略.中学生物教学，2016（4）：18.