磁性教具在高中生物学教学中的应用

磁性教具在高中生物学教学中的应用摘要：本文通过设计磁性教具演示高中生物学中的微观生命活动过程，旨在创设让学生亲自观察、亲手操作、亲身体验的课堂教学生态，以此调动学生的学习积极性，从而有效地实现教学目的。关键词：磁性教具；生命活动；教学效果；高中生物学教学文章编号：1003-7586(2024)08-0047-03中图分类号：G633.91文献标识码：B生物学作为自然科学的一个重要分支，是研究生命现象和生命活动规律的基础学科。学生对微观生命活动的相关阐释往往存在理解困难的问题。多媒体技术凭借其高度智能化的特点被广泛应用于教学中，它可以将复杂的微观生命活动以更直观的动画形式呈现，引起学生学习兴趣的同时，降低知识的理解难度。但是这种新颖的教学形式并没有引发学生对知识背后的原理和规律的深入思考。基于此，笔者在利用多媒体动画展示生命活动的同时，通过磁块制作成简易教具，引导学生亲自操作，演示相应的生命活动，深化学生对知识的理解，实现学生从课堂客体转变为主1随机配子结合：模拟受精过程“在形成配子的过程中，成对的遗传因子彼此分离，分别进入不同的配子中。受精过程中，雌雄配子的结合是随机的。”这是孟德尔分离定律的核心，也是理解3:1性状分离比的关键所在。人教版普通高中教科书《生物学·必修2·遗传与进化》(以下简称“教材”)中提供了详细的遗传图解来辅助解释遗传概念，也配置了“性状分离比的模拟实验”来加深学生理解。然而，学生难以将静态的遗传图解转化为动态的雌雄配子分离和结合过程，也无法在“性状分离比的模拟实验”中建立小球和雌雄配子之间的联系，这归根结底是学生无法充分理解教材中的知识内容、将知识与其所呈现的形式建立连接。为此，笔者通过制作磁性教具辅助教材进行演示讲解，直观、生动地演示遗传过程中雌雄配子结合、染色体和细胞分裂等微观生命活动，帮助学生深入理解遗传概念。具体的教具设计如下。准备红色乒乓球和绿色乒乓球各20个，在其中10个红色和10个绿色的乒乓球表面标记字母“D”,在剩余的乒乓球表面标记字母“d”。将磁块的N极粘贴在红色乒乓球表面，模拟雄配子；将磁块的S极粘贴在绿色乒乓球表面，模拟雌配子。然后，将这些“雌雄配子”置于一个透明箱中，通过摇动透明箱，可以观察到由于磁块N极和S极的异极相吸作用，红色和绿色的“雌雄配子”结合在一起。通过这一改进的模拟演示实验，学生不仅可以直观地理解“雌雄配子”的随机结合过程，同时能够认识到3:1的分离比是通过大量的实验数据积累总结得到的遗传规律，从而更好地理解数学统计对遗传学的贡献。此外，利用磁铁同极相斥的原理可以帮助学生迁移理解相同性状的配子不会发生结合。这种原理可以作为一种类比，在统计后代的基因型时，为学生提供更直观的说明和理解。教材“孟德尔的豌豆杂交实验(二)”一节已经通过图文详细阐释了“不同对的遗传因子可以自由组合”这一知识点，但是部分学生对于自由组合定律仍存在理解误区。笔者在讲授这一知识点时，准备4块黑色和4块灰色的磁块，分别表示亲代的基因型Yy和Rr。将其分成两组，在磁块表面上分别标记字母“Y、Y、R、R”和“y、y、r、r”。随后在黑板上绘制亲代细胞的图示，并演示自由组合定律的过程(见图1)。教师通过磁性教具生动形象的演示方式进行教学，不仅有助于学生有效理解自由组合定律，而且学生课后还可以通过亲自操作演示，进一步加深对该概念的理解，为后续学习减数分裂奠定基础。3减数分裂过程的模拟演示减数分裂作为生命活动的重要特征之一，从细胞水平阐述了生命的延续性。《普通高中生物学课程标准(2017年版2020年修订)》要求学生通过本模块的学习，能够运用细胞减数分裂的模型阐明遗传信息在有性生殖中的传递规律，从而提升科学思维能力，建立正确的生命观念。高一学生的形式逻辑思维尽管已经相对成熟，但抽象逻辑思维仍处于发展阶段，这种差异导致学生无法主动运用建模方法理解教材中的微观知识。本节课概念繁多且知识点复杂，学生对减数分裂的认识往往局限于直观感受，缺乏对同源染色体联会和染色体数量减半机制的深入理解，导致学生难以将所学知识内化并应用于实践。基于此，笔者在课堂上引导学生运用扭扭棒、磁块等教具模拟减数分裂中染色体的行为，帮助学生通过构建减数分裂的模型，深入理解减数分裂的过程和机制。将8块磁块两两叠放(表示着丝粒),随机分布并吸附在黑板上。随后取两根尺寸相同但颜色不同的扭扭棒，分别贴在两块磁块上。再取另外两根尺寸相同、颜色不同但与前述尺寸、颜色均有差异的扭扭棒，贴在另两块磁块上，以区分两对不同的同源染色体(相同尺寸但不同颜色的扭扭棒代表一对同源染色体)。教师引导学生思考如何通过上述教具演示染色体的复制过程(见图2a),进而提出问题：在细胞分裂过程中，如何确保同源染色体平均分配到两个子细胞中?考虑到细胞分裂的中期，染色体在细胞中央随机分布，这种无序状态会增加学生的思考难度，教师可以引导学生将有丝分裂中期至后期的染色体行为与减数分裂中同源染色体的行为建立联系，从而促进学生对减数分裂全过程进行迁移理解。同时安排学生在黑板上通过教具演绎同源染色体的联会、配对、分离等行为(见图2b),引导其深入理解减数分裂过程中同源染色体的行为。最后，教师进一步提出问题：次级精母细胞如何确保最终形成的精子细胞染色体数目减半?学生在教师的引导下，注意到染色体上的姐妹染色单体，并逐渐领悟到减数分裂的第二次分裂，实质上是姐妹染色单体的分离过程。进而，学生能够通过教具构建出减数分裂第二次分裂的过程(见图2c)。学生通过亲自操作演示并构建减数分裂的模型引发深度思考，将知识内化。此外，本模型还可应用于染色体组和染色体变异等相关教学内容，促进学生融会贯通不同的知识点。4动、植物体细胞融合过程的模拟演示在动、植物体细胞的融合实验中，由于不同细胞类型之间存在遗传和生理特性的差异，细胞间的融合兼容性也因此表现出明显差异，需要不断地筛选优化实验条件，才能获得理想的杂交细胞系，达成稳定融合效果。有学生对此提出疑问：尽管采取了人工引导，为何仍然存在部分细胞未融合，或同类型细胞发生融合的现象?为促进学生理解其中机制，笔者设计以下演示过程：取6个白色乒乓球表示A细胞，其中3个乒乓球分别与3块磁块的S极粘接，其余乒乓球则分别与另3块磁块的N极粘接。同样地，选取6个黄色乒乓球表示B细胞，以相同的方式与磁块粘接。然后将这12个乒乓球置于透明箱内，学生通过摇动透明箱模拟细胞的融合过程。在此过程，学生中可以观察到透明箱中存在两种不同的乒乓球状态：“未融合”的单独黄色或白色乒乓球，以及通过磁力作用相互吸引形成的黄黄、白白和黄白3种组合。通过教具演示，学生可以直接观察到细胞融合结果的多样性。最后，教师引导学生思考：如何筛选并优化实验条件以获得理想的杂交细胞系?本文通过设计磁性教具，探讨了针对不同教学内容的教具演示应用。在日常教学中，教师应依据教材内容，善于利用各种资源，创设让学生亲自观察、亲手操作、亲身体验的课堂教学生态，以此调动学生的积极性，激活其形象思维，为其终身学教具在教学中的应用，是提升教学质量与效果的重要手段之一，其多样性和创新性为课堂带来了生动与活力。教具应用的优势主要包括以下方面：首先，教具的直观性极大地促进了学生对抽象概念的理解。通过具体、形象的教具展示，学生能够将复杂的理论知识与现实生活