核心素养背景下基于粘土模型的生物教学例谈

林桂霞

【摘要】在生物学核心素养背景下，教师可以在课堂教学中适当地采用自制的物理模型，科学合理地安排教学环节，提高学生自主探求知识的能力，让学生从单纯接收知识到探索知识转变，获取更好的教学效果。基于超轻粘土的诸多优点，本文通过《细胞器——系统内的分工合作》和《生物膜的流动镶嵌模型》两个课例，介绍核心素养背景下超轻粘土模型的制作过程、课堂中的应用及其教学效果。

【关键词】核心素养;粘土;生物课堂;细胞器;生物膜

高中生物新课程标准（2017年版）倡导培养学生的生物学核心素养，包括生命观念、科学探究、理性思维和社会责任四个要素。因此，教师在教学中要合理应用教学手段，科学安排教学环节，提高学生自主探求知识的能力，让学生从单纯接收知识到探索知识转变，全面提高自身获取知识和解决实际问题的能力。

当前的课堂教学手段越来越多样化。课件、视频、Flash动画、微课等手段使得生物教学过程更加生动、丰富。然而，虽然在课件中可以用相关的图片和动画呈现出我们所要讲解的内容，但对于学生而言，有些知识点感受起来还不够具体、真实，留下的印象也不够深刻。因此，在生物课堂教学中，我们还可以适当地采用自制的物理模型，获取更好的教学效果。

一、物理模型的适用知识点及材料选择

高中生物可以采用物理模型进行教学的知识点很多，例如，细胞器、细胞核和细胞膜的结构，以及DNA的双螺旋结构、有丝分裂和减数分裂中染色体的行为变化、噬菌体的结构等，都可以通过物理模型呈现。可以用来制作物理模型的材料也各式各样、不拘一格，如橡皮泥、超轻粘土、卡纸、泡沫、乒乓球、塑料袋、豆类、废弃金属等等。在诸多材料中，由于超轻粘土具有可塑性强、色彩丰富、干后轻便易于运输、模型储存期长、价格便宜等优点，因此，在物理模型的制作中应用广泛。

二、课例分析

基于超轻粘土的诸多优点，本文将重点介绍粘土模型的制作和应用。模型制作上，教师要有巧妙的心思和较强的动手能力。课堂应用中，教师要合理设计教学环节，例如，在课堂中设置小组合作探究，在活动中充分发挥模型的作用，提高学生的核心素养。

本文将通过以下两个课例，介绍核心素养背景下超轻粘土模型的制作过程、课堂上的应用及其教学效果。

（一）人教版高中生物必修一《细胞器——系统内的分工合作》

1.制作过程

线粒体（图1）和叶绿体（图2）的制作方法相似，由于它们都是双层膜结构，所以要准备好不同颜色的粘土，将两层膜区分出来。不同颜色的粘土也可以通过混合，产生其他的颜色。

制作线粒体时，先用一种颜色捏好椭形或棒状的外膜，用吹风筒定型。再用另一种颜色捏出内膜向内折叠成嵴的形状，同样用吹风筒将捏好的内侧定型，可以避免内膜的嵴在接下来的放置过程中由于不小心轻微挤压而相互粘连。接着再将内膜置入外膜中，利用内膜外侧的粘性与外膜粘合，最后用吹风筒再次定型，避免后续放置过程中粘土模型受重力作用变塌，影响整体效果。

叶绿体一般用绿色的粘土制作，可用三种不同颜色的粘土区分外膜、内膜和类囊体，基粒类囊体堆叠成基粒，基粒之间用条状的粘土连接起来，代表基粒间网管状或扁平状的基质类囊体。

内质网（图3）、高尔基体（图4）和核糖体的制作过程非常简单，具体可参考图3和图4。液泡和溶酶体是无膜的泡状结构，可以用透明塑料袋或气泡膜代替。为了体现中心体（图5）无膜结构，可以用牙签作为主要材料，制作出中心粒九条微管围起来的中空结构。还可以用废弃的硬纸板制作出植物细胞的细胞壁（图6），盛放各种细胞器和细胞核，方便各个小组领取，内置带颜色的纸板作为细胞膜，中心体单独放置，保证模型的科学性。

为了让更多的学生参与到课堂的探究活动中，课前需要制作多组相同的模型，因此，工序较多，教师可以在课前挑选几位学生一起参与模型的制作。

2.核心素养背景下该模型在课堂中的应用

教师可以在导入细胞器的概念后，以小组为单位进行合作探究。小组内的成员分工合作，仔细观察领取到的植物细胞结构模型，结合课本，讨论各种细胞器的形态、结构和功能，并尝试着绘出简图。讨论结束后，可以请八位小组代表上台进行细胞器的角色扮演，或者在台下分别汇报这些细胞器的形态、结构和功能。每一个细胞器汇报结束后教师都要仔细聆听并当场作出评价，适当地进行知识补充。

3.教学效果

课堂中通过模型观察和小组讨论，极大地调动了学生的学习兴趣和主动探求知识的积极性。细胞器不再是抽象的，而是具体的、直观的，各种细胞器的形态和结构之间的异同也深深印在学生的脑海里。同时，枯燥的知识也在活跃的气氛中变得有趣起来。在这个观察粘土模型的合作探究活动中，学生逐步建立了“结构与功能相适应”的生命观念，也在活动中培养了他们的科学探究能力和理性思维。

（二）人教版高中生物必修一《生物膜的流动镶嵌模型》

1.制作过程

如图7，磷脂分子的头部用粘土制作，尾部可以用软钢丝、电线或牙签制作。蛋白质分子用对比鲜明的另一种颜色的粘土捏制而成，分成三种大小的规格，方便学生区分蛋白质“镶在、嵌入和贯穿”在膜中的三种情况。糖类用另一种颜色的粘土，由软钢丝或牙签串联而成。将图7中多个磷脂分子、三种蛋白质分子和糖分子装入透明袋中，每小组分发一份。袋中可放入一面印有“空气-水界面”，一面印有“细胞膜”的A4纸。

2.核心素养背景下该模型在课堂中的应用

本节课的主要内容是通过对细胞膜结构的探索过程，引出生物膜流动镶嵌模型的基本内容。在这节课里，我们可以通过自制的粘土模型帮助学生理解和参与到探索过程中。例如，学生在推导出细胞膜的成分之后，教师可以提出疑问：“根据磷脂分子的结构特点，它们在空气-水界面上是如何排布的？”学生进行小组讨论，并尝试将磷脂分子在卡纸上排布出来（图8），就可以得出结论：“磷脂分子亲水的头部朝下与水面接触，而疏水的尾部朝上暴露在空气中。”接着教师再提出疑问：“在细胞膜中，磷脂分子又是如何排布的呢？”学生通过小组讨论和分析，并在卡纸上尝试多种排布方式后（如图9），最终得出结论：“由于细胞膜内外都是水环境，所以细胞膜中磷脂分子是两层的，其中这两层磷脂分子的亲水头部分别与膜内外的水环境接触，而两层磷脂分子的疏水尾部则尾尾相对，藏在膜的中间。”接下来再呈现 1925 年两位荷兰科学家的实验结果，证明学生的猜想。之后通过其他科学家的实验，推测出蛋白质的分布位置。最后由学生利用图7中的所有材料，在小组内讨论、排布出细胞膜结构的平面模型（如图10）并尝试画出简图。平面模型构建后可以进行小组汇报，请一些小组代表在投影下展示出他们的作品。教师评价后可以展示出自己构建的平面模型（图10）和立体模型（图11），从而引出生物膜的流动镶嵌模型的基本内容。

3.教学效果

通过对粘土模型的动态操作，学生在教师的引导下一步步推测出膜的结构，于是就将枯燥的科学史转化为自己探求知识的过程，这对学生而言是非常有成就感的。在探求知识的过程中，学生也提高了他们的合作交流能力、类比推理能力和科学探究能力，逐步构建起“结构和功能相适应”的生命观念。

三、结语

在生物课堂中使用自制的物理模型进行教学，教师首先要深入研究教材、分析学情，根据实际教学情况科学地选择材料、制作教具，在制作过程中，也可以让学生参与进来，鼓励学生开动脑筋，发挥创造力，提高他们的动手能力和合作交流能力。在众多材料中，超轻粘土凭借其自身的诸多優点，在物理模型制作过程中应用广泛。在教学中使用自制的粘土模型，能极大地提高学生的学习热情和课堂参与度。为了提高学生的生物学核心素养，教师不应该只是在课堂上将模型简单展示出来，而是要在具体的教学过程中，合理、紧凑地安排学生的合作探究活动，让学生在模型的构建、观察和使用中，理解所学的生命观念，培养解决实际问题的思维、能力和社会责任感。

参考文献：

[1]陈鹏.核心素养背景下基于模型的高中生物学习研究[D].江苏：苏州大学，2017.

[2]宋正海.利用超轻粘土制作细胞器学具[J].实验教学与仪器，2017（5）.

[3]张芳.“生物膜的流动镶嵌模型”一节的难点突破[J].生物学通报，2010（12）：39-40.

[4]赵苹，李金祥.以故事、问题和实物模型为引导——《生物膜的流动镶嵌模型》教学设计[J].教育研究与评论（课堂观察）.