自制教具在高中生物学概念教学中的应用

孙琦　卜庆梅

《普通高中生物学课程标准（2017年版）》（以下简称新课标）聚焦大概念、重要概念和具体概念，要求学生通过主动学习，深刻理解和应用重要的生物学概念，发展生物学学科核心素养。可见概念教学仍然在高中生物学教学中占有重要地位。同时，新课标还指出：“学生学习是主动参与的过程，通过探究性学习活动，积极参与动手动脑活动，加深对生物学概念的理解，提升应用知识的能力”。因此，教师在教学中应该采用各种方式和手段以促进学生对概念的理解。

自制教具作为一种经济高效的教学手段，在课堂教学中，可以快速调动学生学习的积极性，起到事半功倍的教学效果。同时，北京师范大学刘恩山教授曾提到，自制教具可以生动、形象地表示抽象概念的各种要素及其关联，使学生在获得感性认识的基础上建立理性认识，形成概念和原理。

人教版高中生物学教科书《必修2"遗传与进化》模块内含有两个大概念，在大概念“遗传信息控制生物性状，并代代相传”下，包含大量抽象的具体概念，如“概述DNA分子通过半保留方式进行复制”“概述遗传信息通过RNA指导蛋白质的合成”。笔者在教学实践中发现，教师通常认为概念教学中最好的方式是利用教科书的插图或动画进行讲解，再通过大量习题巩固教学。而课后对学生访谈发现，学生往往只是死记硬背应付考试，难以理解概念的内涵，更无法做到举一反三。因此，在概念教学中更需要自制教具的支撑和辅助。根据国内外学者们提出的关于概念教学基本环节的见解，将概念教学分为感知概念、构建概念、巩固概念、深化概念、应用概念共五个环节。下面以“遗传信息的翻译”为例，将自制教具融入到概念教学的环节当中，以期为高中一线生物学教师的概念教学提供参考，获得更好的教学效果。

1 教材分析

“遗传信息的翻译”是《必修2"遗传与进化》第四章第一节第二课时的内容，是在前三章相关知识的基础上，进一步加深学生对基因及作用机理的认识。其中，翻译的概念及条件既是本节的教学重难点，又是新课标中規定的具体概念之一，要求学生理解并灵活应用。

2 教具制作

2.1 材料用具

材料：厚度为1mm的硬纸板、各色水彩颜料、磁铁片。

工具：马克笔、颜料刷、铅笔、剪刀、刻度尺、双面胶。

2.2 制作过程

2.2.1 制作核糖体

在硬纸板上分别绘制长轴30cm、短轴24cm以及长轴24cm，短轴8cm的椭圆两个。较大椭圆在

为通讯作者上，较小椭圆在下，并将大椭圆的底端与小椭圆的顶端尽可能的重合，利用剪刀裁剪绘制图像的外边缘部分，分别代表核糖体的大小亚基。用紫红色水彩涂上颜色，并在硬纸板背后贴磁铁片，如图1所示。

2.2.2 制作mRNA

用刻度尺测量核糖体大小亚基交接处为24cm，己知一个核糖体只能容纳两个密码子即六个碱基，因而规定每个碱基长度为3.5cm，各碱基之间距离为0.5cm。根据碱基的不同形状在硬纸板上绘制长度为 80cm的mRNA链并用剪刀裁剪、水彩上色（不同的碱基对应不同的颜色）、马克笔标记。最后，在制作好的mRNA链后贴特制磁铁片（将2或3个磁铁片叠放，保证mRNA链腾空可以容纳核糖体来回移动），如图2所示。

2.2.3 制作tRNA

每个tRNA携带一个反密码子即三个碱基，呈三叶草状。在硬纸板上绘制长巧cm.宽12cm的tRNA结构4个，各碱基分别与mRNA上的碱基对应并保持大小、间隔均一致。用剪刀裁剪、蓝色水彩上色、马克笔标记碱基、双面胶贴磁铁片，如图3所示。

2.2.4 制作游离的氨基酸

如图4所示，选取直径为5cm的不同颜色的磁铁片4个代表不同种类的氨基酸。

3 课堂应用

3.1 复习导入，引出新知

教师引导学生回顾复习DNA复制及转录的相关知识，并提出问题：DNA经过复制后形成了两条完全相同的DNA分子，接着经过转录形成了mRNA，这两个过程均在细胞核中进行。mRNA上的碱基序列如何变成细胞质中蛋白质的氨基酸序列？

设计意图：教师通过引导学生回顾DNA复制和转录的相关知识，给学生建立从DNA→mRNA→蛋白质的知识框架，帮助学生理解三者之间的关系，有利于学生整体掌握知识，引出“基因指导蛋白质合成”的主题。这样的设计更贴近新课标中的内容要求：“概述DNA分子上的遗传信息通过RNA指导蛋白质的合成”。

3.2 类比推理，感知概念

教师出示工厂加工衣服的过程示意图，与遗传信息的翻译过程类比分析，并提出问题：翻译的过程也需要原材料、搬运工、装配机器、生产线，细胞中分别是什么来充当这些角色呢？

设计意图：教师从学生生活经验入手，激发学习动机，同时通过类比引出翻译过程的条件，设置疑问，使学生获得“翻译”的感性认识，产生求知欲。

3.3 直观演示，构建概念

教师出示翻译过程的图片（图5），引导学生共同指认名称，同时讲解其结构特点：核糖体是无膜结构，图中所示代表大小两个亚基;直链为mRNA，每三个含氮碱基称为一个密码子;三叶草形状为tRNA，一端可以携带氨基酸，另一端有三个碱基与mRNA上的碱基互补配对，称为反密码子;不同颜色的小圆片代表游离在细胞质中的氨基酸。

教师播放翻译过程的动画，引导学生找出翻译过程的原材料、搬运工、装配机器、生产线并且一一对应教具：游离的氨基酸（原材料）、tRNA（搬运工），核糖体（装配机器）、与核糖体结合的mRNA（生产线）。

设计意图：直观的图片可以帮助学生掌握翻译过程各结构特点，为“翻译”的学习奠定基础。学生了解“翻译”的动态过程，一方面巩固各结构特点，另一方面独立思考，提高分析问题、解决问题的能力。同时，匹配并呈现教具，激发学生的学习动机，使学生的感性认识上升为理性认识。

教师利用教具在黑板上模拟演示翻译的具体过程（图6），利用形象的比喻总结翻译的具体过程：“搬运工到岗”（tRNA的进入）、“原材料加工”（氨基酸的脱水缩合）、“装配机器运行”（核糖体的移动）。并提出问题：翻译过程的场所、模板、原料、产物分别是什么？从而引导学生总结归纳翻译的概念：翻译实质上是以游离在细胞质中的各种氨基酸为原料以mRNA为模板，合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质的过程。

设计意图：教师通过自制教具指导学生观察、思考、归纳翻译过程的场所、模板、原料、产物等条件，将知识框架逐步构建完整，进而建立起“翻译”的概念模型。

3.4 动手操作，巩固概念

学生每四人为小组。教师给每个小组分发给学生教具，由小组长带领小组成员模拟翻译过程。

设计意图：学生通过小组合作的形式动手实践，小组成员共同参与模拟操作翻译的具体过程，不再被动接受知识，真正参与课堂，加深对翻译概念的理解。

3.5 比较概括，深化概念

教师出示复制、转录和翻译的比较表格，引导学生自主完善表格，同时尝试以概念图的形式表示出三者之间的关系。

设计意图：学生比较分析表格，理清复制、转录、翻译三个抽象概念之间关系，形成知识体系，有利于整体掌握知识。

3.6 联系生活，应用概念

教师出示案例，并提出问题：前段时间，一对名为露露和娜娜的基因编辑婴儿在中国诞生，引发舆论轩然大波。所谓的基因编辑是指对目标基因进行“编辑”，实现对特定DNA片段的敲除、加入等。请联系本节课的学习内容，解释一下改变基因是如何影响生物的性状？

设计意图：知识学习的最终落脚点是学会应用，实际案例不仅能激发学生解决问题的兴趣，还有利于培养学生的生物学学生核心素养。

4 教学反思

笔者在实施教学的过程中发现，自制教具中明亮的色彩搭配带来强大的视觉冲击，可充分利用学生的感官取得事半功倍的教学效果;应用磁铁片，教师可以直接在黑板上演示操作过程，完全还原翻译的动态过程，帮助学生突破难点;硬纸板的使用有利于操作和保存教具，方便学生课下继续探讨。这些均为本节课的课堂实施提供了良好的前提条件，学生回答问题积极，每位学生均能参与到课堂教学中，变被动为主动，课堂气氛十分活躍。同时，通过课后学生的反馈，学生对该部分的理解深入，能有效运用知识解决问题。

5 结束语

自制教具若多用生活中的边角料或易得物品制成，能有效缓解学校教学资源的不足。同时，利用自制教具作为信息载体来传递知识，一方面有利于将抽象概念具体化、形象化，帮助学生加深概念理解，提升学生的生物学兴趣和参与创新的积极性，培养其生物学核心素养;另一方面，能有效提高教师自身的综合素质包括操作能力、创新能力等，促进教学效率的提高。因此，自制教具对于生物学概念的构建具有积极的作用。

但是在一线教学中，自制教具的作用并没有得到广泛认同。教具的开发和制作对一线教师提出了更高的要求，需要教师下功夫查阅资料、花心思进行设计、找时间进行材料的搜集和具体的制作。尤其是在高中生物学概念教学中，教学时间紧、任务重，即使教师能意识到自制教具可能会有更好的教学效果，也不愿轻易尝试。因此，教师要保持对自制教具的关注，并将其更多地运用于实践教学中。期望有更多的高中生物学教师参与到自制教具的队伍中来，为更好的实现高中生物学概念教学而共同努力。

参考文献：

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