磁性教具在高中生物學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用摘要：本文通過(guò)設(shè)計(jì)磁性教具演示高中生物學(xué)中的微觀生命活動(dòng)過(guò)程，旨在創(chuàng)設(shè)讓學(xué)生親自觀察、親手操作、親身體驗(yàn)的課堂教學(xué)生態(tài)，以此調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，從而有效地實(shí)現(xiàn)教學(xué)目的。關(guān)鍵詞：磁性教具；生命活動(dòng)；教學(xué)效果；高中生物學(xué)教學(xué)文章編號(hào)：1003-7586(2024)08-0047-03中圖分類號(hào)：G633.91文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B生物學(xué)作為自然科學(xué)的一個(gè)重要分支，是研究生命現(xiàn)象和生命活動(dòng)規(guī)律的基礎(chǔ)學(xué)科。學(xué)生對(duì)微觀生命活動(dòng)的相關(guān)闡釋往往存在理解困難的問(wèn)題。多媒體技術(shù)憑借其高度智能化的特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于教學(xué)中，它可以將復(fù)雜的微觀生命活動(dòng)以更直觀的動(dòng)畫形式呈現(xiàn)，引起學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的同時(shí)，降低知識(shí)的理解難度。但是這種新穎的教學(xué)形式并沒(méi)有引發(fā)學(xué)生對(duì)知識(shí)背后的原理和規(guī)律的深入思考。基于此，筆者在利用多媒體動(dòng)畫展示生命活動(dòng)的同時(shí)，通過(guò)磁塊制作成簡(jiǎn)易教具，引導(dǎo)學(xué)生親自操作，演示相應(yīng)的生命活動(dòng)，深化學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解，實(shí)現(xiàn)學(xué)生從課堂客體轉(zhuǎn)變?yōu)橹?隨機(jī)配子結(jié)合：模擬受精過(guò)程“在形成配子的過(guò)程中，成對(duì)的遺傳因子彼此分離，分別進(jìn)入不同的配子中。受精過(guò)程中，雌雄配子的結(jié)合是隨機(jī)的?！边@是孟德?tīng)柗蛛x定律的核心，也是理解3:1性狀分離比的關(guān)鍵所在。人教版普通高中教科書《生物學(xué)·必修2·遺傳與進(jìn)化》(以下簡(jiǎn)稱“教材”)中提供了詳細(xì)的遺傳圖解來(lái)輔助解釋遺傳概念，也配置了“性狀分離比的模擬實(shí)驗(yàn)”來(lái)加深學(xué)生理解。然而，學(xué)生難以將靜態(tài)的遺傳圖解轉(zhuǎn)化為動(dòng)態(tài)的雌雄配子分離和結(jié)合過(guò)程，也無(wú)法在“性狀分離比的模擬實(shí)驗(yàn)”中建立小球和雌雄配子之間的聯(lián)系，這歸根結(jié)底是學(xué)生無(wú)法充分理解教材中的知識(shí)內(nèi)容、將知識(shí)與其所呈現(xiàn)的形式建立連接。為此，筆者通過(guò)制作磁性教具輔助教材進(jìn)行演示講解，直觀、生動(dòng)地演示遺傳過(guò)程中雌雄配子結(jié)合、染色體和細(xì)胞分裂等微觀生命活動(dòng)，幫助學(xué)生深入理解遺傳概念。具體的教具設(shè)計(jì)如下。準(zhǔn)備紅色乒乓球和綠色乒乓球各20個(gè)，在其中10個(gè)紅色和10個(gè)綠色的乒乓球表面標(biāo)記字母“D”,在剩余的乒乓球表面標(biāo)記字母“d”。將磁塊的N極粘貼在紅色乒乓球表面，模擬雄配子；將磁塊的S極粘貼在綠色乒乓球表面，模擬雌配子。然后，將這些“雌雄配子”置于一個(gè)透明箱中，通過(guò)搖動(dòng)透明箱，可以觀察到由于磁塊N極和S極的異極相吸作用，紅色和綠色的“雌雄配子”結(jié)合在一起。通過(guò)這一改進(jìn)的模擬演示實(shí)驗(yàn)，學(xué)生不僅可以直觀地理解“雌雄配子”的隨機(jī)結(jié)合過(guò)程，同時(shí)能夠認(rèn)識(shí)到3:1的分離比是通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)積累總結(jié)得到的遺傳規(guī)律，從而更好地理解數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)對(duì)遺傳學(xué)的貢獻(xiàn)。此外，利用磁鐵同極相斥的原理可以幫助學(xué)生遷移理解相同性狀的配子不會(huì)發(fā)生結(jié)合。這種原理可以作為一種類比，在統(tǒng)計(jì)后代的基因型時(shí)，為學(xué)生提供更直觀的說(shuō)明和理解。教材“孟德?tīng)柕耐愣闺s交實(shí)驗(yàn)(二)”一節(jié)已經(jīng)通過(guò)圖文詳細(xì)闡釋了“不同對(duì)的遺傳因子可以自由組合”這一知識(shí)點(diǎn)，但是部分學(xué)生對(duì)于自由組合定律仍存在理解誤區(qū)。筆者在講授這一知識(shí)點(diǎn)時(shí)，準(zhǔn)備4塊黑色和4塊灰色的磁塊，分別表示親代的基因型Yy和Rr。將其分成兩組，在磁塊表面上分別標(biāo)記字母“Y、Y、R、R”和“y、y、r、r”。隨后在黑板上繪制親代細(xì)胞的圖示，并演示自由組合定律的過(guò)程(見(jiàn)圖1)。教師通過(guò)磁性教具生動(dòng)形象的演示方式進(jìn)行教學(xué)，不僅有助于學(xué)生有效理解自由組合定律，而且學(xué)生課后還可以通過(guò)親自操作演示，進(jìn)一步加深對(duì)該概念的理解，為后續(xù)學(xué)習(xí)減數(shù)分裂奠定基礎(chǔ)。3減數(shù)分裂過(guò)程的模擬演示減數(shù)分裂作為生命活動(dòng)的重要特征之一，從細(xì)胞水平闡述了生命的延續(xù)性。《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版2020年修訂)》要求學(xué)生通過(guò)本模塊的學(xué)習(xí)，能夠運(yùn)用細(xì)胞減數(shù)分裂的模型闡明遺傳信息在有性生殖中的傳遞規(guī)律，從而提升科學(xué)思維能力，建立正確的生命觀念。高一學(xué)生的形式邏輯思維盡管已經(jīng)相對(duì)成熟，但抽象邏輯思維仍處于發(fā)展階段，這種差異導(dǎo)致學(xué)生無(wú)法主動(dòng)運(yùn)用建模方法理解教材中的微觀知識(shí)。本節(jié)課概念繁多且知識(shí)點(diǎn)復(fù)雜，學(xué)生對(duì)減數(shù)分裂的認(rèn)識(shí)往往局限于直觀感受，缺乏對(duì)同源染色體聯(lián)會(huì)和染色體數(shù)量減半機(jī)制的深入理解，導(dǎo)致學(xué)生難以將所學(xué)知識(shí)內(nèi)化并應(yīng)用于實(shí)踐。基于此，筆者在課堂上引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用扭扭棒、磁塊等教具模擬減數(shù)分裂中染色體的行為，幫助學(xué)生通過(guò)構(gòu)建減數(shù)分裂的模型，深入理解減數(shù)分裂的過(guò)程和機(jī)制。將8塊磁塊兩兩疊放(表示著絲粒),隨機(jī)分布并吸附在黑板上。隨后取兩根尺寸相同但顏色不同的扭扭棒，分別貼在兩塊磁塊上。再取另外兩根尺寸相同、顏色不同但與前述尺寸、顏色均有差異的扭扭棒，貼在另兩塊磁塊上，以區(qū)分兩對(duì)不同的同源染色體(相同尺寸但不同顏色的扭扭棒代表一對(duì)同源染色體)。教師引導(dǎo)學(xué)生思考如何通過(guò)上述教具演示染色體的復(fù)制過(guò)程(見(jiàn)圖2a),進(jìn)而提出問(wèn)題：在細(xì)胞分裂過(guò)程中，如何確保同源染色體平均分配到兩個(gè)子細(xì)胞中?考慮到細(xì)胞分裂的中期，染色體在細(xì)胞中央隨機(jī)分布，這種無(wú)序狀態(tài)會(huì)增加學(xué)生的思考難度，教師可以引導(dǎo)學(xué)生將有絲分裂中期至后期的染色體行為與減數(shù)分裂中同源染色體的行為建立聯(lián)系，從而促進(jìn)學(xué)生對(duì)減數(shù)分裂全過(guò)程進(jìn)行遷移理解。同時(shí)安排學(xué)生在黑板上通過(guò)教具演繹同源染色體的聯(lián)會(huì)、配對(duì)、分離等行為(見(jiàn)圖2b),引導(dǎo)其深入理解減數(shù)分裂過(guò)程中同源染色體的行為。最后，教師進(jìn)一步提出問(wèn)題：次級(jí)精母細(xì)胞如何確保最終形成的精子細(xì)胞染色體數(shù)目減半?學(xué)生在教師的引導(dǎo)下，注意到染色體上的姐妹染色單體，并逐漸領(lǐng)悟到減數(shù)分裂的第二次分裂，實(shí)質(zhì)上是姐妹染色單體的分離過(guò)程。進(jìn)而，學(xué)生能夠通過(guò)教具構(gòu)建出減數(shù)分裂第二次分裂的過(guò)程(見(jiàn)圖2c)。學(xué)生通過(guò)親自操作演示并構(gòu)建減數(shù)分裂的模型引發(fā)深度思考，將知識(shí)內(nèi)化。此外，本模型還可應(yīng)用于染色體組和染色體變異等相關(guān)教學(xué)內(nèi)容，促進(jìn)學(xué)生融會(huì)貫通不同的知識(shí)點(diǎn)。4動(dòng)、植物體細(xì)胞融合過(guò)程的模擬演示在動(dòng)、植物體細(xì)胞的融合實(shí)驗(yàn)中，由于不同細(xì)胞類型之間存在遺傳和生理特性的差異，細(xì)胞間的融合兼容性也因此表現(xiàn)出明顯差異，需要不斷地篩選優(yōu)化實(shí)驗(yàn)條件，才能獲得理想的雜交細(xì)胞系，達(dá)成穩(wěn)定融合效果。有學(xué)生對(duì)此提出疑問(wèn)：盡管采取了人工引導(dǎo)，為何仍然存在部分細(xì)胞未融合，或同類型細(xì)胞發(fā)生融合的現(xiàn)象?為促進(jìn)學(xué)生理解其中機(jī)制，筆者設(shè)計(jì)以下演示過(guò)程：取6個(gè)白色乒乓球表示A細(xì)胞，其中3個(gè)乒乓球分別與3塊磁塊的S極粘接，其余乒乓球則分別與另3塊磁塊的N極粘接。同樣地，選取6個(gè)黃色乒乓球表示B細(xì)胞，以相同的方式與磁塊粘接。然后將這12個(gè)乒乓球置于透明箱內(nèi)，學(xué)生通過(guò)搖動(dòng)透明箱模擬細(xì)胞的融合過(guò)程。在此過(guò)程，學(xué)生中可以觀察到透明箱中存在兩種不同的乒乓球狀態(tài)：“未融合”的單獨(dú)黃色或白色乒乓球，以及通過(guò)磁力作用相互吸引形成的黃黃、白白和黃白3種組合。通過(guò)教具演示，學(xué)生可以直接觀察到細(xì)胞融合結(jié)果的多樣性。最后，教師引導(dǎo)學(xué)生思考：如何篩選并優(yōu)化實(shí)驗(yàn)條件以獲得理想的雜交細(xì)胞系?本文通過(guò)設(shè)計(jì)磁性教具，探討了針對(duì)不同教學(xué)內(nèi)容的教具演示應(yīng)用。在日常教學(xué)中，教師應(yīng)依據(jù)教材內(nèi)容，善于利用各種資源，創(chuàng)設(shè)讓學(xué)生親自觀察、親手操作、親身體驗(yàn)的課堂教學(xué)生態(tài)，以此調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，激活其形象思維，為其終身學(xué)教具在教學(xué)中的應(yīng)用，是提升教學(xué)質(zhì)量與效果的重要手段之一，其多樣性和創(chuàng)新性為課堂帶來(lái)了生動(dòng)與活力。教具應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)主要包括以下方面：首先，教具的直觀性極大地促進(jìn)了學(xué)生對(duì)抽象概念的理解。通過(guò)具體、形象的教具展示，學(xué)生能夠?qū)?fù)雜的理論知識(shí)與現(xiàn)實(shí)生活