磁性教具在高中生物學教學中的應用

摘 要：本文通過設計磁性教具演示高中生物學中的微觀生命活動過程，旨在創(chuàng)設讓學生親自觀察、親手操作、親身體驗的課堂教學生態(tài)，以此調動學生的學習積極性，從而有效地實現教學目的。

關鍵詞：磁性教具；生命活動；教學效果；高中生物學教學

文章編號：1003-7586（2024）08-0047-03 中圖分類號：G633.91 文獻標識碼：B

生物學作為自然科學的一個重要分支，是研究生命現象和生命活動規(guī)律的基礎學科。學生對微觀生命活動的相關闡釋往往存在理解困難的問題。多媒體技術憑借其高度智能化的特點被廣泛應用于教學中，它可以將復雜的微觀生命活動以更直觀的動畫形式呈現，引起學生學習興趣的同時，降低知識的理解難度。但是這種新穎的教學形式并沒有引發(fā)學生對知識背后的原理和規(guī)律的深入思考。基于此，筆者在利用多媒體動畫展示生命活動的同時，通過磁塊制作成簡易教具，引導學生親自操作，演示相應的生命活動，深化學生對知識的理解，實現學生從課堂客體轉變?yōu)橹黧w。

1 隨機配子結合：模擬受精過程

“在形成配子的過程中，成對的遺傳因子彼此分離，分別進入不同的配子中。受精過程中，雌雄配子的結合是隨機的。”這是孟德爾分離定律的核心，也是理解3∶1性狀分離比的關鍵所在。人教版普通高中教科書《生物學·必修 2· 遺傳與進化》（以下簡稱“教材”）中提供了詳細的遺傳圖解來輔助解釋遺傳概念，也配置了“性狀分離比的模擬實驗”來加深學生理解。然而，學生難以將靜態(tài)的遺傳圖解轉化為動態(tài)的雌雄配子分離和結合過程，也無法在“性狀分離比的模擬實驗”中建立小球和雌雄配子之間的聯系，這歸根結底是學生無法充分理解教材中的知識內容、將知識與其所呈現的形式建立連接。

為此，筆者通過制作磁性教具輔助教材進行演示講解，直觀、生動地演示遺傳過程中雌雄配子結合、染色體和細胞分裂等微觀生命活動，幫助學生深入理解遺傳概念。具體的教具設計如下。

準備紅色乒乓球和綠色乒乓球各20個，在其中10個紅色和10個綠色的乒乓球表面標記字母“D”，在剩余的乒乓球表面標記字母“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”置于一個透明箱中，通過搖動透明箱，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”結合在一起。

通過這一改進的模擬演示實驗，學生不僅可以直觀地理解“雌雄配子”的隨機結合過程，同時能夠認識到3∶1的分離比是通過大量的實驗數據積累總結得到的遺傳規(guī)律，從而更好地理解數學統(tǒng)計對遺傳學的貢獻。此外，利用磁鐵同極相斥的原理可以幫助學生遷移理解相同性狀的配子不會發(fā)生結合。這種原理可以作為一種類比，在統(tǒng)計后代的基因型時，為學生提供更直觀的說明和理解。

2 自由組合定律的模擬演示

教材“孟德爾的豌豆雜交實驗（二）”一節(jié)已經通過圖文詳細闡釋了“不同對的遺傳因子可以自由組合”這一知識點，但是部分學生對于自由組合定律仍存在理解誤區(qū)。

筆者在講授這一知識點時，準備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記字母“Y、Y、R、R”和“y、y、r、r”。隨后在黑板上繪制親代細胞的圖示，并演示自由組合定律的過程（見圖1）。

教師通過磁性教具生動形象的演示方式進行教學，不僅有助于學生有效理解自由組合定律，而且學生課后還可以通過親自操作演示，進一步加深對該概念的理解，為后續(xù)學習減數分裂奠定基礎。

3 減數分裂過程的模擬演示

減數分裂作為生命活動的重要特征之一，從細胞水平闡述了生命的延續(xù)性。《普通高中生物學課程標準（2017年版2020年修訂）》要求學生通過本模塊的學習，能夠運用細胞減數分裂的模型闡明遺傳信息在有性生殖中的傳遞規(guī)律，從而提升科學思維能力，建立正確的生命觀念。高一學生的形式邏輯思維盡管已經相對成熟，但抽象邏輯思維仍處于發(fā)展階段，這種差異導致學生無法主動運用建模方法理解教材中的微觀知識。本節(jié)課概念繁多且知識點復雜，學生對減數分裂的認識往往局限于直觀感受，缺乏對同源染色體聯會和染色體數量減半機制的深入理解，導致學生難以將所學知識內化并應用于實踐。

基于此，筆者在課堂上引導學生運用扭扭棒、磁塊等教具模擬減數分裂中染色體的行為，幫助學生通過構建減數分裂的模型，深入理解減數分裂的過程和機制。具體方法如下所示。

將8塊磁塊兩兩疊放（表示著絲粒），隨機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同源染色體）。

教師引導學生思考如何通過上述教具演示染色體的復制過程（見圖2a），進而提出問題：在細胞分裂過程中，如何確保同源染色體平均分配到兩個子細胞中？考慮到細胞分裂的中期，染色體在細胞中央隨機分布，這種無序狀態(tài)會增加學生的思考難度，教師可以引導學生將有絲分裂中期至后期的染色體行為與減數分裂中同源染色體的行為建立聯系，從而促進學生對減數分裂全過程進行遷移理解。同時安排學生在黑板上通過教具演繹同源染色體的聯會、配對、分離等行為（見圖2b），引導其深入理解減數分裂過程中同源染色體的行為。最后，教師進一步提出問題：次級精母細胞如何確保最終形成的精子細胞染色體數目減半？學生在教師的引導下，注意到染色體上的姐妹染色單體，并逐漸領悟到減數分裂的第二次分裂，實質上是姐妹染色單體的分離過程。進而，學生能夠通過教具構建出減數分裂第二次分裂的過程（見圖2c）。

學生通過親自操作演示并構建減數分裂的模型引發(fā)深度思考，將知識內化。此外，本模型還可應用于染色體組和染色體變異等相關教學內容，促進學生融會貫通不同的知識點。

4 動、植物體細胞融合過程的模擬演示

在動、植物體細胞的融合實驗中，由于不同細胞類型之間存在遺傳和生理特性的差異，細胞間的融合兼容性也因此表現出明顯差異，需要不斷地篩選優(yōu)化實驗條件，才能獲得理想的雜交細胞系，達成穩(wěn)定融合效果。有學生對此提出疑問：盡管采取了人工引導，為何仍然存在部分細胞未融合，或同類型細胞發(fā)生融合的現象？

為促進學生理解其中機制，筆者設計以下演示過程：取6個白色乒乓球表示A細胞，其中3個乒乓球分別與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個黃色乒乓球表示B細胞，以相同的方式與磁塊粘接。然后將這12個乒乓球置于透明箱內，學生通過搖動透明箱模擬細胞的融合過程。在此過程，學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”的單獨黃色或白色乒乓球，以及通過磁力作用相互吸引形成的黃黃、白白和黃白3種組合。通過教具演示，學生可以直接觀察到細胞融合結果的多樣性。最后，教師引導學生思考：如何篩選并優(yōu)化實驗條件以獲得理想的雜交細胞系？

5 總結

本文通過設計磁性教具，探討了針對不同教學內容的教具演示應用。在日常教學中，教師應依據教材內容，善于利用各種資源，創(chuàng)設讓學生親自觀察、親手操作、親身體驗的課堂教學生態(tài)，以此調動學生的積極性，激活其形象思維，為其終身學習奠定基礎。

教具在教學中的應用，是提升教學質量與效果的重要手段之一，其多樣性和創(chuàng)新性為課堂帶來了生動與活力。教具應用的優(yōu)勢主要包括以下方面：首先，教具的直觀性極大地促進了學生對抽象概念的理解。通過具體、形象的教具展示，學生能夠將復雜的理論知識與現實生活或具體情境相聯系，從而加深對知識的記憶與掌握。其次，教具的互動性激發(fā)了學生的學習興趣與參與度。這種主動參與的學習方式，不僅增強了學生的學習動力，還培養(yǎng)了他們的合作精神與解決問題的能力。最后，教具的靈活性適應了不同教學需求與學生特點。教師可以根據教學目標和學生的個體差異，選擇或設計適合的教具，使教學更加具有針對性和實效性。