核心素養背景下基于粘土模型的生物教學例談

林桂霞

【摘要】在生物學核心素養背景下，教師可以在課堂教學中適當地采用自制的物理模型，科學合理地安排教學環節，提高學生自主探求知識的能力，讓學生從單純接收知識到探索知識轉變，獲取更好的教學效果。基于超輕粘土的諸多優點，本文通過《細胞器——系統內的分工合作》和《生物膜的流動鑲嵌模型》兩個課例，介紹核心素養背景下超輕粘土模型的制作過程、課堂中的應用及其教學效果。

【關鍵詞】核心素養;粘土;生物課堂;細胞器;生物膜

高中生物新課程標準（2017年版）倡導培養學生的生物學核心素養，包括生命觀念、科學探究、理性思維和社會責任四個要素。因此，教師在教學中要合理應用教學手段，科學安排教學環節，提高學生自主探求知識的能力，讓學生從單純接收知識到探索知識轉變，全面提高自身獲取知識和解決實際問題的能力。

當前的課堂教學手段越來越多樣化。課件、視頻、Flash動畫、微課等手段使得生物教學過程更加生動、豐富。然而，雖然在課件中可以用相關的圖片和動畫呈現出我們所要講解的內容，但對于學生而言，有些知識點感受起來還不夠具體、真實，留下的印象也不夠深刻。因此，在生物課堂教學中，我們還可以適當地采用自制的物理模型，獲取更好的教學效果。

一、物理模型的適用知識點及材料選擇

高中生物可以采用物理模型進行教學的知識點很多，例如，細胞器、細胞核和細胞膜的結構，以及DNA的雙螺旋結構、有絲分裂和減數分裂中染色體的行為變化、噬菌體的結構等，都可以通過物理模型呈現。可以用來制作物理模型的材料也各式各樣、不拘一格，如橡皮泥、超輕粘土、卡紙、泡沫、乒乓球、塑料袋、豆類、廢棄金屬等等。在諸多材料中，由于超輕粘土具有可塑性強、色彩豐富、干后輕便易于運輸、模型儲存期長、價格便宜等優點，因此，在物理模型的制作中應用廣泛。

二、課例分析

基于超輕粘土的諸多優點，本文將重點介紹粘土模型的制作和應用。模型制作上，教師要有巧妙的心思和較強的動手能力。課堂應用中，教師要合理設計教學環節，例如，在課堂中設置小組合作探究，在活動中充分發揮模型的作用，提高學生的核心素養。

本文將通過以下兩個課例，介紹核心素養背景下超輕粘土模型的制作過程、課堂上的應用及其教學效果。

（一）人教版高中生物必修一《細胞器——系統內的分工合作》

1.制作過程

線粒體（圖1）和葉綠體（圖2）的制作方法相似，由于它們都是雙層膜結構，所以要準備好不同顏色的粘土，將兩層膜區分出來。不同顏色的粘土也可以通過混合，產生其他的顏色。

制作線粒體時，先用一種顏色捏好橢形或棒狀的外膜，用吹風筒定型。再用另一種顏色捏出內膜向內折疊成嵴的形狀，同樣用吹風筒將捏好的內側定型，可以避免內膜的嵴在接下來的放置過程中由于不小心輕微擠壓而相互粘連。接著再將內膜置入外膜中，利用內膜外側的粘性與外膜粘合，最后用吹風筒再次定型，避免后續放置過程中粘土模型受重力作用變塌，影響整體效果。

葉綠體一般用綠色的粘土制作，可用三種不同顏色的粘土區分外膜、內膜和類囊體，基粒類囊體堆疊成基粒，基粒之間用條狀的粘土連接起來，代表基粒間網管狀或扁平狀的基質類囊體。

內質網（圖3）、高爾基體（圖4）和核糖體的制作過程非常簡單，具體可參考圖3和圖4。液泡和溶酶體是無膜的泡狀結構，可以用透明塑料袋或氣泡膜代替。為了體現中心體（圖5）無膜結構，可以用牙簽作為主要材料，制作出中心粒九條微管圍起來的中空結構。還可以用廢棄的硬紙板制作出植物細胞的細胞壁（圖6），盛放各種細胞器和細胞核，方便各個小組領取，內置帶顏色的紙板作為細胞膜，中心體單獨放置，保證模型的科學性。

為了讓更多的學生參與到課堂的探究活動中，課前需要制作多組相同的模型，因此，工序較多，教師可以在課前挑選幾位學生一起參與模型的制作。

2.核心素養背景下該模型在課堂中的應用

教師可以在導入細胞器的概念后，以小組為單位進行合作探究。小組內的成員分工合作，仔細觀察領取到的植物細胞結構模型，結合課本，討論各種細胞器的形態、結構和功能，并嘗試著繪出簡圖。討論結束后，可以請八位小組代表上臺進行細胞器的角色扮演，或者在臺下分別匯報這些細胞器的形態、結構和功能。每一個細胞器匯報結束后教師都要仔細聆聽并當場作出評價，適當地進行知識補充。

3.教學效果

課堂中通過模型觀察和小組討論，極大地調動了學生的學習興趣和主動探求知識的積極性。細胞器不再是抽象的，而是具體的、直觀的，各種細胞器的形態和結構之間的異同也深深印在學生的腦海里。同時，枯燥的知識也在活躍的氣氛中變得有趣起來。在這個觀察粘土模型的合作探究活動中，學生逐步建立了“結構與功能相適應”的生命觀念，也在活動中培養了他們的科學探究能力和理性思維。

（二）人教版高中生物必修一《生物膜的流動鑲嵌模型》

1.制作過程

如圖7，磷脂分子的頭部用粘土制作，尾部可以用軟鋼絲、電線或牙簽制作。蛋白質分子用對比鮮明的另一種顏色的粘土捏制而成，分成三種大小的規格，方便學生區分蛋白質“鑲在、嵌入和貫穿”在膜中的三種情況。糖類用另一種顏色的粘土，由軟鋼絲或牙簽串聯而成。將圖7中多個磷脂分子、三種蛋白質分子和糖分子裝入透明袋中，每小組分發一份。袋中可放入一面印有“空氣-水界面”，一面印有“細胞膜”的A4紙。

2.核心素養背景下該模型在課堂中的應用

本節課的主要內容是通過對細胞膜結構的探索過程，引出生物膜流動鑲嵌模型的基本內容。在這節課里，我們可以通過自制的粘土模型幫助學生理解和參與到探索過程中。例如，學生在推導出細胞膜的成分之后，教師可以提出疑問：“根據磷脂分子的結構特點，它們在空氣-水界面上是如何排布的？”學生進行小組討論，并嘗試將磷脂分子在卡紙上排布出來（圖8），就可以得出結論：“磷脂分子親水的頭部朝下與水面接觸，而疏水的尾部朝上暴露在空氣中。”接著教師再提出疑問：“在細胞膜中，磷脂分子又是如何排布的呢？”學生通過小組討論和分析，并在卡紙上嘗試多種排布方式后（如圖9），最終得出結論：“由于細胞膜內外都是水環境，所以細胞膜中磷脂分子是兩層的，其中這兩層磷脂分子的親水頭部分別與膜內外的水環境接觸，而兩層磷脂分子的疏水尾部則尾尾相對，藏在膜的中間。”接下來再呈現 1925 年兩位荷蘭科學家的實驗結果，證明學生的猜想。之后通過其他科學家的實驗，推測出蛋白質的分布位置。最后由學生利用圖7中的所有材料，在小組內討論、排布出細胞膜結構的平面模型（如圖10）并嘗試畫出簡圖。平面模型構建后可以進行小組匯報，請一些小組代表在投影下展示出他們的作品。教師評價后可以展示出自己構建的平面模型（圖10）和立體模型（圖11），從而引出生物膜的流動鑲嵌模型的基本內容。

3.教學效果

通過對粘土模型的動態操作，學生在教師的引導下一步步推測出膜的結構，于是就將枯燥的科學史轉化為自己探求知識的過程，這對學生而言是非常有成就感的。在探求知識的過程中，學生也提高了他們的合作交流能力、類比推理能力和科學探究能力，逐步構建起“結構和功能相適應”的生命觀念。

三、結語

在生物課堂中使用自制的物理模型進行教學，教師首先要深入研究教材、分析學情，根據實際教學情況科學地選擇材料、制作教具，在制作過程中，也可以讓學生參與進來，鼓勵學生開動腦筋，發揮創造力，提高他們的動手能力和合作交流能力。在眾多材料中，超輕粘土憑借其自身的諸多優點，在物理模型制作過程中應用廣泛。在教學中使用自制的粘土模型，能極大地提高學生的學習熱情和課堂參與度。為了提高學生的生物學核心素養，教師不應該只是在課堂上將模型簡單展示出來，而是要在具體的教學過程中，合理、緊湊地安排學生的合作探究活動，讓學生在模型的構建、觀察和使用中，理解所學的生命觀念，培養解決實際問題的思維、能力和社會責任感。

參考文獻：

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