浅谈自制生物教具突破教学难点二三例

李梅

生物学课程的基本理念是：面向全体学生，提高学生的生物科学素养，倡导探究性学习。生物学是一门以实验为基础的学科。实验教学能启迪学生解决问题的智慧，提高学生的生物科学素养。但是，在生物学教学中，直接使用真实研究对象的实验是有困难或难以进行的，因而模拟实验成为解决以上问题的一个重要方法。而学校教学仪器的配备却不能满足课堂教学所需，这时就需要教师开动脑筋，利用简便易行的方法，就地取材，自己动手制作教具。

自制教具是指教师在教学活动中为了讲解教学重难点，而自己设计制作的模型、仪器、图文图表等感性材料的总称。在新课程標准的实施过程中，自制教具在生物教学中不可缺少，它不仅能使微观知识放大化，抽象理论具体化，感性认识理性化，提高学生的理解力，发展学生的观察能力和思维能力还可以丰富课程教学资源，弥补学校教学仪器配备的不足，扩大学生动手操作使用教具的机会。笔者在教学中常使用自己制作的教具。

1 制作“噬菌体侵染细菌”的实验模型

1.1 设计意图

“噬菌体侵染细菌”的实验是验证DNA是主要遗传物质的经典实验。由于该实验是在特定的实验室条件下进行的，学生无法亲自动手操作，缺少感性认识，这给学习带来了一定的困难。教材虽然采用了图文并举的编写方法，笔者也曾采用挂图及多媒体课件等分步演示实验过程，可教学效果均不理想。学生学完这部分内容后，常常是疑问重重，如对放射性同位素分布情况的分析出现误差。为了突破此教学难点，笔者尝试制作了“噬菌体侵染细菌”的实验演示器。

1.2 材料和用具

透明的矿泉水瓶、白色和红色卡纸、双面胶、笔杆、剪刀。

1.3 制作方法（图1）

细菌：用空矿泉水瓶代表大肠杆菌。

噬菌体：分别用正方形白色和红色卡纸折成中空的正方体，其中一面中间开一小口，代表噬菌体的头部。再分别用白色和红色卡纸折成长方体，两头开口，方便放入DNA，代表尾部。最后，将两者用双面胶粘在一起，组合成蛋白质的外壳。用剪刀剪出长15 cm、宽3 cm的白色和红色纸条各一个，绕在笔杆上使其呈螺旋型，代表噬菌体的DNA。

1.4 模拟实验

用矿泉水瓶代表大肠杆菌，红色教具表示被放射性同位素35S标记的蛋白质和被放射性同位素32P标记的DNA，白色教具表示未被标记的蛋白质和DNA。将白色的DNA放入红色的蛋白质外壳中，组装成被35S标记的噬菌体；将红色的DNA放入白色的蛋白质外壳中，组装成被32P标记的噬菌体。

用红色的蛋白质外壳和白色的DNA组装成被35S标记的噬菌体（图2），侵染未被标记的大肠杆菌，模拟搅拌并离心后的结果，放射性主要存在于上清液中。

用白色的蛋白质外壳和红色的DNA组装成被32P标记的噬菌体，侵染未被标记的大肠杆菌（图3），模拟搅拌并离心后的结果，放射性主要存在于沉淀物中。

这样用具体的教具模拟实验分步演示实验过程，代替抽象的讲解，让学生置身于实验探究的全过程。当DNA注入到大肠杆菌时，学生脸上露出期待的眼神，争先恐后喊出放射性的主要分布部位，学生的课堂参与程度远远超出教师的预期，轻松突破教学中的难点，降低了学生学习的难度，课堂效率明显提升。

2 制作“模拟重组DNA分子”模型

2.1 设计意图

在讲到“基因工程操作的基本步骤”一课时，教材上的理论很简要，就是“基因工程的操作一般要经历四个步骤：提取目的基因、目的基因与运载体结合、将目的基因导入受体细胞、目的基因的检测与鉴定。

学生对基因工程并不陌生，不仅大众传媒上常有介绍，市场上销售的食品中，有的也会涉及。但由于这一理论既抽象又晦涩学生对“如何利用限制性核酸内切酶提取目的基因、怎样利用DNA连接酶将目的基因与运载体结合”缺少感性认识，所以，课堂教学效果也不尽人意。

为此，笔者查阅资料，设计和制作了“模拟重组DNA分子”的简单教具。

2.2 材料和用具

粉色和白色纸各一张、黑色笔、粉色和蓝色水彩笔各一支、剪刀、透明胶带（学生两人一组，准备以上材料）。

2.3 制作方法

目的基因：在一张长20 cm、宽2 cm的粉红色纸条上依次等距离写上下列字母（字母要清晰、工整），表示含目的基因的DNA片段（图4）：

……TACGAATTCCTACGGACTGCGAATTCTAG……

……ATGCTTAAGGATGCCTGACGCTTAAGATC……

质粒：在一张30 cm、宽2 cm的白色纸条上依次等距离写上下列字母：

……GCATTAGTACCGCTAGAATTCCATCGCTACCATGTATTCTC……

……CGTAATGATGGCGATCTTAAGGTAGCGATGGTACATAAGAG……

然后，将白色纸条的两端用透明胶带相连呈环状（图5），表示常用的运载体——质粒。

限制性核酸内切酶：用剪刀代表EcoR I进行DNA“切割”。

DNA连接酶：用透明胶带代表DNA连接酶。

2.4 模拟实验

在课堂上，笔者用自制的教具向学生演示：

先从含目的基因的DNA片段的一条链上找到EcoR I的识别序列G-A-A-T-T-C，并在G-A之间进行“切割”；然后再从另一条链上互补的碱基之间寻找EcoR I相应的位点剪开，将获取的目的基因的一端做上标记为A端，另一端标记为B端（图6）。

接着在质粒的一条链上找到EcoR I的识别序列G-A-A-T-T-C，并在G-A之间进行“切割”；然后再从另一条链上互补的碱基之间寻找EcoR I相应的位点剪开，剪开后的两个黏性末端分别标记为C端、D端（图7）。

待绿色和粉红色两色纸条上的切割位点全部切开后，将粉红色纸条上的DNA片段，重组到绿色纸条的切口处。此时，用透明胶带（代表DNA连接酶）将切口粘结起来，重组DNA分子的模型完成（图7）。操作时要注意，不同颜色的黏性末端要能互补配对。

教师启发学生观察、思考：这是否是唯一的连接方式？为何会出现图8所示的情况？如何避免该情况的发生？

教师通过引导、安排学生制作模型来模拟基因工程的操作过程，使学生切身体会基因工程“剪、拼、接、转”的主要过程。看起来简单的教具却在课堂上收到了极好的教学辅助效果，不仅帮助学生直观地了解了基因的“剪刀”、基因的“针线”的作用，还为学生学习基因工程专题打下了基礎。

3 “标志重捕法”实验材料及方法改进

3.1 设计意图

人教版高中生物教科书《必修3·稳态与环境》第四章第一节“种群的特征”中提到，调查动物种群密度的常用方法是标志重捕法。对动物种群密度的调查，很难以实地调查方式展开，教师可通过模拟实验活动，让学生领悟有关科学方法。笔者查阅了苏教版教材中使用的模拟方法，在实践过程中遇到了一些问题。如：黄豆的颗粒过小，数据统计时浪费时间；黄豆和红豆的大小是有区别的，易出现混合不均匀的情况，从而增加实验误差；用红豆模拟标记后的动物，再次放回，易让学生发生混乱。因此笔者对该模拟实验的材料、用具及使用方法进行了改进。

3.2 材料与用具

黑豆或白芸豆若干，不干胶贴纸、1个大烧杯、培养皿（2人一组）。

3.3 模拟实验

（1） 从大烧杯中取出部分黑豆（或白芸豆），用贴纸做上标记后并计数（M）。

（2） 将标记好的黑豆（或白芸豆）放回大烧杯中。

（3） 充分混匀后，从烧杯中随机抓取一把黑豆（或白芸豆），记录抓取的总数（n），并计数其中被贴纸标记的黑豆（或白芸豆）的数量（m）。

（4） 根据公式，估算黑豆（或白芸豆）的总数。

（5） 重复3次，求N的平均值。

学生亲自动手模拟该实验，不仅领悟了科学方法，还培养了共同学习，团队合作的精神。

教师根据教学目的和学生实际情况的需要制作并使用教具，既解决了生物教学中的难点问题，还能激发学生的兴趣，对提高学生生物学素养非常有益。

参考文献

[1] 李建刚.现代教学的理论与实践[M].山东：山东教育出版社，1995，9.

[2] 朱正威，赵占良.遗传与进化教师教学用书[M].北京：人民教育出版社，2006，7.