模型建构在生物教学中的应用实例
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作者: 李桂梅
摘要：结合“孟德尔遗传规律的现代解释”的教学设计实例，谈谈生物教学中构建模型、利用模型以提高教学效果。
关键词：模型构建 生物教学 遗传规律 现代解释
中图分类号：G633.91 文献标识码：B
模型是人们为了某种特定目的而对认知对象所做的一种简化的描述，通过建构模型，可排除、舍弃事物的非本质因素，突出事物的本质特征，使生命现象或过程得到纯化和简化，让学生更容易掌握知识之间的本质联系和内在规律。我国的《普通高中生物课程标准》中也指出：“要让学生领悟建立模型的科学方法及其在科学研究中的作用。”因此，模型建构是学生必须掌握的科学方法之一。
在生物教学中，如果教师能够引导，让学生在一定的情境中通过自己思考或动手，建构相关模型来学习生物学知识，将会提高学习效果和学习效率。
1.教材分析
此部分内容安排在遗传与进化模块的第二章第二节“基因位于染色体上”的后面，即学完“孟德尔的杂交实验”和“减数分裂与受精作用”，并认同基因位于染色体上之后。其实“孟德尔的遗传规律的现代解释”就是对以上知识内容的相互联系、综合、总结，使学生在细胞水平上理解孟德尔的遗传规律，并深化和巩固减数分裂的过程，是一个对已有知识进行融会贯通的过程。虽然，教材上没有对这部分内容做很多的讲解，但这部分内容的学习效果，将决定着前面内容的总体效果。
2.教学目标
在“孟德尔的杂交实验”和“减数分裂与受精作用”的知识背景下，借助基因与染色体的关系，运用模型构建的方法，模拟减数分裂过程中基因、染色体的行为变化，阐明孟德尔遗传规律的实质。
3.学情分析
学生已经学习基因分离定律、基因自由组合定律和减数分裂过程中染色体的数目、行为变化等知识，为本节课的学习打下基础，但理解不够透彻，知识零散没有联系，需进一步将知识进行整合。同时，高中学生具备一定的认知能力，思维的目的性、连续性和逻辑性也已初步建立，但还不够完善，在模型构建的目的性和方向性上需要教师指导。
4.教具准备
用两种不同颜色的剪纸剪出两对同源染色体，两对大小不一，每对一红一白表示一条来自父方，一条来自母方。在两对同源染色体上标记出两对等位基因，准备8个磁铁石，作为染色体的着丝点。
5.教学过程
导入：“既然基因位于染色体上，那我们再来回顾下减数分裂的过程，把基因加到染色体上去，看看基因是如何分离和自由组合的。
5.1基因的分离定律（一对等位基因）
教师假设一个细胞只有一对同源染色体，上面只有一对等位基因Aa，请一位学生上台演示减数分裂过程（图1），其他学生和教师一起回顾减数分裂过程各时期的特点，为演示的学生做引导：间期（染色体复制）→减I前期→减I中期→减I后期（同源染色体分离，非同源染色体自由组合）→减Ⅱ前期（无同源染色体，有染色单体）→减Ⅱ中期→减Ⅱ后期（着丝点分裂）→减Ⅱ末期（无同源染色体，无染色单体）。每演示一步，将前一个步骤的印记用红白粉笔画下，最后在黑板上呈现出一个完整的减数分裂过程图（图2）。
设问：①Aa这对等位基因是在细胞分裂的什么时期分离的？
②Aa这对等位基因是由于什么原因分离的？
③减数分裂得到的四个配子，每个配子得到一对等位基因的几个？有几种类型？
④等位基因分离的实质是什么？（总结出分离定律的现代解释）
设计说明：用剪纸和磁石模拟染色体，建构物理模型，将染色体形象具体化，利用剪纸的活动变化来模拟减数分裂中染色体的变化，给学生直观的印象，更易理解和记忆。在演示染色体变化的同时，将每一步的印记留下，最后可以展示出完整的减数分裂过程，便于学生对整体过程的把握。同时，在让学生回答问题时，黑板上的完整过程呈现可提供提示信息。由于高中生的逻辑思维能力还不够完善，探究能力还在培养当中，所以让每个学生独立完成这个过程模型的建构，难度较大。因此，采取一个学生上台演示，教师调动所有的学生一起参与，并在适当的时候给予提示和帮助。
5.2基因的自由组合定律（两对等位基因）
在图2的基础上，如果再加一对同源染色体，这对同源染色体上有一对Bb的等位基因，那么在减数分裂的过程中，基冈是如何分离和组合的呢？请一位学生上黑板演示（图3），并在黑板上呈现出一个完成的减数分裂过程图（图4）。其他学生画在学案上。
设问：①Aa、Bb两对等位基因是在什么分裂时期自由组合的？②两对等位基因是由于什么原因自由组合的？③除了黑板上的组合方式，还有什么组合方式？（请在学案上画出来）④基因自由组合的实质是什么？（总结出自由组合定律的现代解释）
设计说明：同样也是利用剪纸的活动来模拟减数分裂过程，不同的是，由于有前一次的基础，学生已经学习到这种构建模型的方法，教师可以让每位学生独立完成过程模型的构建，并且可以进一步把它转化为图画模型，呈现在学案上。此处学生不仅利用了实物模拟的物理过程模型，还利用了图画过程模型，巩固和深化了物理模型构建方法的学习。同时，又通过自己的构建模型，获得了相关知识。
6.教学反思
本节内容的教学利用了实物模拟、图画等物理过程模型的构建。物理模型最显著的特点是形象直观，让看不见摸不着的知识变得形象、具体，使学生从形象思维人手，降低了学习难度。本节课中学生通过实物演示的过程，很快理解等位基因分离、非等位基因自由组合的原因，以及能自由组合的非等位基因，并能自己初步总结出基因的分离和自由组合定律的实质，不再像以前那样似懂非懂的死记硬背，提高了学习兴趣。
模型的建立过程实际上是一个科学探究的过程，在构建模型时，学生在亲历思考和探究中完成知识体系的构建，领悟到科学探究的方法。因此，教师利用模型进行探究性学习，能够让学生置身于探索科学现象、发现科学规律的活动中，培养了学生的科学探究能力。
构建模型的教学方式提高了学生在教学中的参与度，充分发挥了学生的主观能动性。模型建构教学活动，是以学生为主体，以建构模型为主线，让学生去探索、交流和学习，所有的学生都积极参与其中。
通过建构模型还可以让学生在自主探究又合作交流的环境中进行学习，在培养学生严谨的科学态度和科学精神，增强合作意识等方面都有重要意义。
因此，在教学中教师要善于运用模型构建的教学方法，会达到事半功倍的效果。
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