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例谈磁性软白板在生物学模型建构教学中的应用

时间:2016-12-16 17:12来源:未知 作者:admin 点击:
《普通高中生物课程标准(实验)》首次明确将获得生物学模型的基本知识作为课程的知识目标之一,并在内容标准和活动建议中作了具体的规定。新一轮的高中生物学课程标准修订工作正在实施推进中,核心素养是理科课程设计的指向标,生物学核心素养包括生命观念

  《普通高中生物课程标准(实验)》首次明确将“获得生物学模型的基本知识”作为课程的知识目标之一,并在“内容标准”和“活动建议”中作了具体的规定。新一轮的高中生物学课程标准修订工作正在实施推进中,核心素养是理科课程设计的指向标,生物学核心素养包括生命观念、理性思维、科学探究和社会责任。新课标更注重学生分析问题、解决问题的能力。 
  建构主义理论认为,学生是学习的主体,应该让学生经历对知识的主动探索、主动发现和主动构建过程。模型建构是学生学习科学知识、认识世界的一种手段和科学研究思维方法之一。它以简化和直观的形式来显示复杂的事物和过程,尤其是通过实物模型建构,可使较抽象的、难以理解的重要概念和原理清晰呈现,使零散的知识逐渐系统化和直观化,从而使学生获得生物学概念和原理的准确含义,进而准确利用。 
  目前高中生物教材中主要涉及物理模型、概念模型、数学模型三种建模基本知识,旨在引导学生通过定性或定量化的概括性描述,使抽象、难理解的知识变得形象直观,容易理解,进而促进知识的意义建构。据此,笔者依托学校“学生学具的开发与应用研究”课题,与同事一起,就“磁性软白板在生物学模型建构中的应用”进行了初步的探索与实践。磁性软白板具有价廉物美、擦写方便、便于展示与交流等优点,下面结合教学案例就其教学过程与应用方法作简要的介绍。 
  1 磁性软白板简介 
  磁性软白板采用优质橡胶磁制作而成,除了白色,还有红色、蓝色等多种颜色,厚度为0.65 mm,目前在各种文具市场或者淘宝等网店可以方便地购买到。磁性软白板与教学中常用的白纸、硬纸、卡纸相比,优点很多(表1)。 
  在教学中根据教学内容选择性地使用磁性软白板,师生都感到方便、直观和高效。 
  2 磁性软白板在建构生物学物理模型、概念模型、数学模型中的应用 
  2.1 利用磁性软白板建构物理模型 
  物理模型是以实物或图画形式直观地表达认识对象的特征。其主要表象是“有形”,一定性状的平面或立体图形及其组合,就是对象本质特征的具体化。例如真核细胞结构模型、DNA双螺旋结构模型等都属于物理模型,它们都形象概括地反映了描述对象的本质特征。 
  在学习“生物膜流动镶嵌模型”时,笔者采用小组合作学习模式,利用磁性软白板的画图展示功能,引导学生体验建构生物膜流动镶嵌模型的过程与方法,学生印象深刻且记忆持久。具体教学过程如下: 
  首先,学生自主学习科学家发现“细胞膜的主要成分是脂质和蛋白质”的过程,而后教师小结:经科学家的提取、分离和鉴定,发现脂质的成分就是磷脂分子,并介绍磷脂分子的结构特点:磷脂是由甘油、脂肪酸和磷酸等组成,磷酸“头”部是亲水的,脂肪酸“尾”部是疏水的(黑板画如图1所示)。 
  接着,教师提出问题情境1:“科学家把从人的红细胞中提取的磷脂分子在水—空气界面上铺展成单分子层,它会如何排布?”要求学生前后4人一组进行讨论,并将结果画在磁性软白板上。各学习小组派代表把磁性软白板贴到黑板上展示。结果每组学生都能正确画出如图2所示的磷脂分子排布示意图:亲水性的头部与水接触,疏水性的尾部背离水。 
  然后,教师提出问题情境2:“科学家测得红细胞细胞单分子层的面积恰为红细胞表面积的2倍,由此能得出什么结论?”要求学生经小组讨论后将结果画在磁性软白板上,并再次展示在黑板上,组间如有不同答案,由组代表进行解释,其他同学可质疑。经交流,学生很快达成共识:在水—水界质中磷脂分子必然排列成两层,两层磷脂分子的头部朝水,尾部相对,并画出如图3所示的磷脂双分子层示意图。这时,教师通过多媒体演示一个动物细胞,并设问引导:“细胞是立体结构,细胞膜内、外分别是怎样的环境?组成细胞膜的磷脂分子又应该如何排布呢?”学生经小组讨论后在磁性软白板上画出如图4所示的细胞膜截面示意图。
  反思:在建构生物膜的流动镶嵌模型过程中,磁性软白板的画图与展示功能得到充分利用。在此过程中,学生通过自主、合作、探究性学习,像科学家那样经历了探索、发现、验证和理论建构的过程。一切习得不是教师灌输给学生的,而是他们根据已有的知识经验在新的学习情境中自主认知构建的,所以理解得透彻、印象深刻、记忆持久。 
  2.2 利用磁性软白板建构概念模型 
  概念模型是把抽象概念之间的复杂联系,用简单直观的图式进行描述。一般借助几何线形来连接,故其主要表象特征是“有线”,包括箭头、分支线、直线等,这些“线”就是概念之间本质联系的具体化。如遗传变异的概念模型,人口增长和开垦土地之间的关系等。 
  人教版高中生物必修3“细胞生活的环境”中涉及很多概念,如体液、细胞内液、细胞外液、血浆、组织液、淋巴、内环境等。弄清楚这些概念间的联系与区别是本课学习的重点与难点,历届学生在学习过程中都觉得这部分知识抽象复杂,难于认知。笔者一改以往的讲授教学方法,尝试利用磁性软白板引导学生建构概念模型,收到很好的效果。 
  首先,教师利用多媒体演示预设的核心问题串:什么是体液?细胞内液是什么?细胞外液是什么?它们之间是什么关系?人体内细胞生活在什么环境中?此环境包括哪些种类?它们之间有什么关系?……教师以问题为导向,组织学生以合作学习小组为单位,紧扣教材进行自主学习和思考讨论。 
  其次,各小组派代表进行展示,利用小的磁性软白板,写上各种核心概念,根据自己小组讨论的结果摆放位置,并用箭头(两侧可用文字描述)标出概念间的相互关系。如有不同观点,其他组学生可提出质疑或进行评价。  最后教师给予点评,并总结出如图5所示的概念模型。 
  反思:构建概念模型与绘制概念图有异曲同工之效果。概念模型的建构有利于学生理解重要概念,掌握知识体系,也有利于教师突出重点,突破难点,实现有效、高效、长效教学。利用磁性软白板构建概念模型的优点在于能随时移动和调整概念的位置,不像绘图那样需要擦拭;缺点是不易保留,还得经过抄写或手机拍摄才能留存。 
  2.3 利用磁性软白板建构数学模型 
  数学模型是根据对研究对象所观察到的现象及实践经验,归纳形成的一套反映其内部因素数量关系的数学公式、逻辑准则和具体算法,可用以描述和研究客观现象的变化规律。 
  人教版高中生物必修2教科书中有“用数学方法讨论基因频率的变化”这一内容,笔者尝试让学生利用磁性软白板进行学习与交流。 
  首先,每个学生在磁性软白板上写出Aa亲本自交产生的F1代的基因型,并计算其基因型频率。接着写出F1代自交产生的F2代的基因型,并计算其基因型频率。最后根据其中的变化规律写出第Fn代的基因型,并计算其基因型频率。从而构建Aa亲本连续自交产生的Fn代AA、Aa、aa基因型频率的数学模型(图6)。 
  反思:利用磁性软白板建构数学模型与在纸上构建相比,具有易擦易写、便于展示与交流的优点。与教师用多媒体演示相比,具有引导学生自主参与、积极思考,真切体验等优点。当然其不易保存的缺点也是显而易见的,也可以通过抄写或拍摄来弥补。 
  磁性软白板在生物建模中的应用例子还很多,比如将多种颜色的磁性软白板剪成各种染色体形状(构建染色体的物理模型),帮助学生更好地理解染色体组的概念,还可以让学生用来模拟有丝分裂或者减数分裂的过程,从中构建出有丝分裂或减数分裂过程中染色体、DNA数量变化的数学模型;在磁性软白板上写上“糖卡”或者“胰岛素”或者“胰高血糖素”构建血糖调节的模型;学习种群特征时,构建种群各数量特征的概念模型…… 
  模型建构是科学研究的重要方法,是学生有效学习的重要方式,利用磁性软白板进行生物建模的学习具有明显的优点,除了以上叙述的方面,还可以缓解预设生成之间矛盾。只要教师扬长避短地加以开发与研究,定能使教学过程变得更生动有趣,使学生的学习过程变得更自主有效。 
  参考文献: 
  [1] 教育部.普通高中生物课程标准(实验)[S].北京:人民教育出版社,2003.. 
  [2] 邰玉韦.借助“模型制作”建构重要概念的教学[J].中学生物教学,2015(6):15. 
  [3] 杨才纬.浅谈高中生物学模型建构中的线、形、数[J].中学生物教学,2015(4):20. 
  [4] 张笑男.高中生物学模型建构中若干细节的处理[J].生物学教学,2016(3):23

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