指向核心素养的高中生物自制教具应用策略

陈青美

【摘要】通过因地制宜的教具应用策略，即整理结构，理清观念；应用史料，拓展思维；组件演示，加强探究；讨论议题，确立责任，以期丰富自制教具在中学生物教学的运用，丰富生物学科核心素养培养的路径与方法。

【关键词】自制教具；高中生物；核心素养

微观的生命结构抽象、复杂，不易理解。为使难以直接观察的生命现象在课堂上得以呈现，使生命结构具象化、可视化，自制教具用于揭示生命结构的特征和生命现象的本质受到一线师生的推崇。有效利用自制教具开展教学，丰富教学途径，改善教学效果，发展学生的生命观念、科学思维、科学探索、社会责任，切实落实生物学科核心素养培养目标，笔者尝试制定指向核心素养培养的自制教具应用策略。

一、整理结构，理清观念

基于国家课程改革的“四新”背景、师生教学、学习的需求，借鉴“做中学”“生活即教育”等理论，根据学科核心素养培育和课程标准的要求，研制结构类教具，在拓展中强化生命观念，凸显生命本质。

1.凸显结构与功能观

生物体的结构决定功能，结构与功能相适应。在教学中充分挖掘教材内容，指导学生制作生物体结构模型，以增强物理效果，凸显结构与功能观，有利于学生更好地理解生物体的结构和功能，了解生物体结构和功能的复杂性。

如针对人教版必修模块开展模型制作大赛。学生就地取材，选择多样化的材料，制作了多种多样的生物模型，涵盖了分子、细胞、组织器官及个体结构，呈现了生物体结构和功能的多样性和独特性。如构建DNA双螺旋结构模型，学生选择多样化的材料代表磷酸、脱氧核糖、含氮碱基，小组间讨论构建脱氧核苷酸连接成的长链→体现反向平行→构建立体结构：DNA分子双螺旋结构，并根据模型，拓展分析DNA为什么能储存遗传信息，DNA的哪些特点保证了复制准确无误。通过模型制作，让学生感受螺旋之美，感叹生命之美，有助于学生形成“结构与功能相适应”的生命观念。

2.内化知识，落实物质与能量观

物质与能量观是阐述生物体生命活动需要的物质与能量，以及物质与能量之间关系的生命观念。在“光合作用的过程”教学中，组织学生构建叶绿体模型，模拟光合作用的光反应和暗反应过程、所需条件、进行的场所、发生的物质变化和能量转化，阐述光反应和暗反应在物质变化和能量转化的联系。以利于学生更好地理解光合作用的过程，厘清物质和能量的关系：在光反应中光能转换成ATP和NADPH中的化学能；在暗反应中，ATP和NADPH中的化学能转化为储存化学能的糖类。ATP、NADPH和糖类的合成和分解，离不开能量的储存和释放。光合作用中物质的变化和能量的转化不可分割，相辅相成，物质和能量是生物体生存和发展的必要条件。

3.厘清复杂的遗传学规律，形成进化与适应观

进化与适应观是对生命本质的理解，种群基因频率变化与自然选择有什么关系呢？通过制作桦尺蛾模型和构建模拟桦尺蛾生活的环境，探究自然选择对桦尺蛾种群基因频率变化的影响。创设情境，引导学生通过模拟实验，探讨环境改变是否会影响桦尺蛾种群中浅色个体的出生率，在自然选择过程中，直接受选择的是基因型还是表型，桦尺蛾种群的基因型频率、基因频率发生什么样的变化。通过模拟实验、用遗传规律的方法计算种群基因频率的变化，厘清种群中相应基因频率变化的原因，有利于学生理解生物进化的实质，理解适应是自然选择的结果，形成进化与适应观。

二、应用史料，拓展思维

读史料，运用科学史素材，以科学实验发现为依据，利用教师提供的学案或材料，体验模型建构的过程。

1.依据“生物科学史话”栏目，展示科学研究过程

新人教版教材中“生物科学史话”栏目内容丰富，极大地满足了课堂教学的需求。如在“蛋白质是生命活动的主要承担者”一节中，利用“生物科学史话”栏目—世界上第一个人工合成蛋白质的诞生，展示牛胰岛素全部氨基酸的排列顺序，引导学生模拟我国科学家人工合成结晶牛胰岛素，感受循序渐进的科學研究过程，激发学生的民族自豪感，引导学生追求真理，用事实说话，将所学知识应用于生活中造福人类，发展学生的科学思维，培养正确的科学态度和价值观。

2.依据时间轴叙述科学史实，构建模型

科学的发现需要从观察入手，科学学说的建立是一个不断修正和发展的过程。人们对细胞膜成分与结构的认识经历了很长时间，在“对细胞膜成分和结构的探索”教学中，沿着科学史实时间轴，重走“科学家之路—细胞膜成分和结构的科学发现历程”，根据科学史实，绘制细胞膜的平面模型或构建细胞膜的结构模型，体会科学家探索的心历路程，感受科学的发展离不开技术的支持，感受细胞膜成分发现的喜悦，感受科学家为追求真理而不懈努力，对细胞膜结构不断修正的科学精神，拓展科学思维。

3.依据多维科学史料构建模型

生物学科核心素养的养成，不是对知识的简单记忆，而是在分析问题、探究问题的过程中理解其科学原理和作用机制。如在“细胞核的功能”教学中，呈现科学史资料：变形虫切割和核移植实验、克隆羊多莉实验、伞藻嫁接和核移植实验、黑白美西螈的核移植实验和蝾螈受精卵横缢实验。学生通过阅读史料，开拓视野，以史为据，组间互动，建构模型。在优化环节，通过组间竞争，相互学习，取长补短，促进模型完善；在展示环节，学生阐明模型特点和自身见解、感受。教师引导学生质疑、争论、评价，明确各小组模型的改进方向，培养学生质疑、批判精神，拓展了思维的深度和广度。

三、组件演示，加强探究

部分高中生物学教具价格昂贵、数量有限，有些学校的教具配备不足，严重影响了教学效果。教师可以就地取材，选择日常生活的易拉罐、纸箱等边角料，或是椰子壳、龙眼核等本地特色资源，做到变废为宝，以弥补教具的不足。此外，已有的教具可操作性不强、直观性差，制约教学效果。而师生共同自制多个组件教具，可观察、可触摸、可拆卸、可重复组装，可模拟探究生命现象，可探究生理过程，教学实用、易于推广。组件演示模拟探究过程主要为如下两种策略。

1.创设实验情境，引导自主探究

在一些教学环节中，创设实验情境，学生根据教师准备的组件，自主探究。如“体细胞核移植实验活动”中，先介绍世界上首例体细胞猴在我国诞生，让学生感受我国科学家的伟大成就，激发学生的民族自豪感。再引导学生一起细说他们喜欢的动物及展示海南岛的国家一级保护动物，引导学生讨论：你想克隆什么动物？为什么想克隆该种动物？你如何选择材料？选材过程需要注意什么环节，目前克隆技术存在什么问题？请写出你的实验设计方案，推测实验预期结果等。在自主探究过程中，学生的实验设计能力、创新能力、解决问题的能力得以提升。

2.动态模拟，使过程具象化

生物学中某些具体的代谢过程或生理过程复杂深奥，难于在高中课堂开展。利用多种组件，将模拟实验和探究活动相结合，顺利突破教学难点，落实核心素养。

如组织学生开展模拟基因突变与蛋白质结构变化的关系。利用DNA、mRNA、tRNA、核糖体、氨基酸、携带氨基酸的tRNA、各种碱基等各种组件，引导学生模拟碱基替换、增添或缺失等突变，演绎推理基因突变可能导致的结果。通过模拟实验，设计实验方案，探究碱基替换、增添或缺失等情况与蛋白质的关系。促进学生理解基因突变可能引起蛋白质氨基酸序列发生较大的变化，从而影响生物性状。通过建构物理模型，将微观的基因突变现象可视化、具象化，达成简单到复杂、抽象变形象、静态转动态的进阶教学。提升了学生的观察能力、演绎推理能力、比较分析能力，提升学生科学探究素养。

四、讨论议题，确立责任

通过研读新课标、新教材，挖掘核心素养内涵，分析教材知识价值，开展了主题式的自制教具活动，引领学生主动承担社会责任。

1.挖掘前沿知识，培育科学精神

挖掘科技前沿知识中蕴含的社会责任，培养学生的科学精神与人文精神。如以“基因编辑技术”为主题，查阅文献，了解基因编辑技术的原理、工作机制及其魅力。尝试模拟针对某个基因进行精准修改和编辑。畅想基因编辑技术的应用潜力，以吸引更多学生从事基础科学的研究，为人类健康、农业可持续发展等领域寻找更多的创新机会。

2.跨模块知识整合，提升议题参与度

结合教材内容，结合学情，借助教具制作活动，实现跨章节、跨模块、跨学科的主题式知识整合，提升学生对社会议题的参与度。如举行“关爱健康，珍爱生命”的主题活动，以“认识新型冠状病毒→传染途径→侵染机理→预防和治疗→保护自身的健康”为探索路径，鼓励学生从构建病毒的结构出发，模拟病毒的作用机制，构建人体针对病毒引起的体液免疫和细胞免疫的模型，阐述疫苗作用的机制，提出病毒检测的原理和预防新型冠状病毒肺炎的措施，使学生的认知得到了拓展、延伸和提升，扩大了学生的参与面。在班级及校内进行作品展示，又提升了其影响力。

3.保护环境，人人有责

如以“温室效应的危害及对策”为主题的探究活动。学生通过查阅文献、绘图解析、制作模型、撰写论文、拍摄视频等方式，形成了“温室效应的形成→温室效应的危害→如何降低温室效应→降低能耗，人人有责”的探究路径与方法，从不同角度号召人們保护环境，宣传中国传统文化天人合一、与自然和谐发展的精神。

综上所述，通过自制教具在高中生物教学中的应用，使核心素养落地生根。学生用脑思考，用眼观察，动手制作，手脑并用，亲历和感受科学探究的过程。学生在“做中学”“用中学”“创中学”，学习自主性大大增强，在体验中收获快乐与进步，提高了学生的核心素养。

【参考文献】

[1]吴成军.生物学学科核心素养的教学与评价[M].上海：华东师范大学出版社，2020.

[2]吴成军.义务教育生物学核心素养的内涵及分析［J］.生物学教学，2022（7）.