利用自主绘图，开展生物高效教学
广东省深圳市第二高级中学(518055) 杨洪金 --该论文已发表在《中学生物教学》2011年7月刊。
摘 要：通过四个课堂实例，展示了利用自主绘图开展教学的三方面应用：（1）快速识记生物结构的特征；（2）梳理动态的生物过程；（3）明辨生物定量计算。实际课堂效果显示，自主绘图教学，学生参与性强，兴趣高，既能提高课堂效率，又能很好的发挥教师、学生的主导、主体作用，是值得提倡的好方法。 关键词：自主绘图；生物教学；应用
自主绘图，是指在教师的引导下，学生通过知识再现，用清晰、简洁的线条，主动绘制生物简图，从而快速、形象表达自己对生物结构、生物过程的理解和感悟的过程。
图片是生物教学的第二语言。在生物课堂教学中，利用自主绘图，培养学生读图、用图、分析图的能力是一个重要任务，同时，这种能力对培养学生观察力、想象力、分析判断力等都有极大的促进和带动作用。
然而，多媒体的使用越来越广泛，往往忽略了自主绘图的价值。多媒体展示的图片、视频，为了追求美观，多数色彩丰富，形态逼真，立体感强烈，给学生带来很强的视觉刺激，但生物结构的主要特征往往被掩盖，学生不容易提炼出主要特征。而生物绘图能够做到去繁就简，寥寥数笔，非常快速的显露出生物结构的主要特征和生物过程中最关键的信息。
因此，与单纯的多媒体展示相比，自主绘图过程中，需要学生主动参与，变被动的看，为主动的回忆和动手，容易激发学生的学习兴趣，教学过程更能够尊重学生的主体地位，这非常利于形成学生主动参与、主动学习的教学模式，利于构建师生互动的教学氛围。笔者将通过四个课堂实例，从三个方面论述自主绘图在中学生物教学中的应用。
1 利用生物绘图，快速识记生物结构的特征
生物学是一个现象学科，通过肉眼或者借助显微镜的观察，看到各种各样的形态、结构。多样的形态结构又与多样的生物功能相适应。因此识记生物体的各种结构是学习生物学的重要基础。然而生物的形态结构又是如此的丰富，给学生的识记带来了一定困难。在实际教学过程中，笔者采用自主绘图绘法，授课效率大大提高。
高中阶段，涉及的生物结构有：典型病毒、原核细胞、动物细胞、植物细胞模式图；核苷酸的结构式；细胞的基本结构(细胞膜流动镶嵌模型、八种细胞器、细胞核的结构)；DNA分子的双螺旋结构等。笔者以《细胞器-系统内的分工合作》为例，展示利用生物绘图进行教学的过程。
本节中，八种细胞器的形态结构是教学重点，也是后面学习细胞器功能的前提。开展的基本模式是，首先是以问题串为先导，引导学生积极思考。这些问题之间是层层推进的关系，问题串引导下的学生思考形成的是知识“景观”，连续性强，而不是涣散的知识碎片。然后，学生利用问题串的答案和形成的知识“景观”，自主完成结构图的绘制。
比如，针对叶绿体提出的问题是：几层膜，是否都光滑？(两层膜，都光滑)；如何增大膜面积？(类囊体堆叠成基粒)；每一个基粒形状像什么？(一摞硬币)；内膜形成的空腔中，是否为空？(胶质状基质)。以问题的答案为模板，在教师的引导下，学生逐步的自主绘制叶绿体的结构图(图1)。 外膜 内膜 基粒 外膜 内膜 基粒 基质
步骤1:绘制光滑的双层膜 步骤2:绘制硬币状基粒 步骤3:填充基质
图1 叶绿体的自主绘图过程
再比如，针对线粒体提出的问题是：几层膜，是否都光滑？(两层膜，外膜光滑，内膜不光滑)；如何
增大膜面积？(内膜向内折叠成嵴)；内膜内膜形成的空腔中，是否为空？(胶质状基质)；根据问题的答案，学生逐步的自主绘制得到线粒体结构图(图2)
外膜 内膜 嵴 步骤1:绘制光滑外膜 步骤2:绘制折叠的内膜 步骤3：填充基质
图2 线粒体的自主绘图过程
利用同样的方法可以得到另外六种细胞器的绘图（图3）
高尔基体 内质网 核糖体 液泡 中心体
囊泡
外膜 内膜 基质 嵴
图3 其他细胞器的自主绘图
2．利用生物绘图，梳理动态的生物过程
生物学是研究生命现象的学科，生命是动态的，所以生物学中有很多动态的、连续性很强的生物过程。高中阶段涉及到的，可以开展自主绘图教学的生物过程有：分泌蛋白的合成；有丝分裂、无丝分裂、减数分裂；DNA的半保留复制，基因指导蛋白质合成，染色体变异类型，基因工程过程，神经元间的兴奋传递，生长素的发现过程等。笔者以基因指导蛋白质合成为例，展示利用生物绘图，梳理动态生物过程的教学过程。
基因指导蛋白质合成是公认的教学重点，本节内容是在教材中起着承前启后的作用，一方面，是对前三章“基因本质”的回顾和应用，另一方面，又为后面基因对性状的控制、生物的变异和进化进行了必要的知识铺垫。
完成该动态过程总共需要四个层层递进的步骤（图4），在实际操作中，笔者是如下进行的，：步骤1：DNA是几条链？请根据提供的碱基序列，补充互补链；步骤2：现在开始转录过程，若mRNA的第一个碱基是A，那么作为转录模板的是哪一条链？请补充mRNA的后续碱基；步骤3：mRNA上，每三个碱基决定一个氨基酸，这三个碱基被称为密码子，请根据密码子表查阅第一个氨基酸是谁？步骤4：那么运输氨基酸的tRNA，外形像三叶草，我们用三角符号代表。它一端携带氨基酸，另一端的碱基要与密码子配对，请补充tRNA的碱基，我们发现碱基是与密码子相反的，因此被称为反密码子（图4）。
ATG GAA GCA TGT CCG AGC AAG GGC TAC CTT CGT ACA GGC TCGTTCCCG TAC CTT CGT ACA GGC TCGTTCCCG 1：提供DNA一条链的碱基 步骤2：学生自主绘制DNA互补链碱基 步骤
甲硫氨酸
UAC AUG GAA GCA UGU CCG AGC AAG CCG AUG GAA GCA UGU CCG AGC AAG CCG ATG GAA GCA TGT CCG AGC AAG GGC ATG GAA GCA TGT CCG AGC AAG GGC
TAC CTT CGT ACA GGC TCGTTCCCG TAC CTT CGT ACA GGC TCGTTCCCG 步骤3：学生自主绘制mRNA的碱基序列 步骤4：学生自主查阅密码子表，绘制反密码子、氨基酸
图4 基因指导蛋白质合成中的自主生物绘图
以上四个步骤当中，大量的碱基配对、查阅表格，绘制双链DNA，单链RNA等大量工作，都由学生亲自动手完成，充分发挥了学生的主体地位。教师的寥寥数语，主要发挥引导作用。
3 利用生物绘图，明辨生物定量计算
中学生物教学中，逻辑意识和思维能力的培养，愈来愈受到重视，定量计算更是重中之重。定量计算对阐释生物概念和原理，定量地描述生命现象起着不可替代的作用。学生普遍反映这部分内容“吃力不讨好”，畏难情绪较重，有的学生甚至放弃。
众所周知，但凡是公式或计算，只有真正理解，方能记忆牢固。若能利用绘图，清晰形象的推理生物学计算公式，则公式的推导过程变得有趣，记忆也能深刻，而且在公式调用的时候，其实就是调用生物简图，则解决实际问题的成功率大大提高。
高中阶段，定量计算分布较广，相关章节有蛋白质，有丝分裂，减数分裂，DNA的半保留复制，基因指导蛋白质合成中DNA碱基数、RNA碱基数、氨基酸数的计算等。笔者将以肽键数计算公式，基因指导蛋白质合成的计算为例，展示利用主动绘图开展生物教学的过程。
实例1：蛋白质计算中，公式“肽键数=氨基酸数-肽链数”，是蛋白质计算的基础，是一个容易忘记和难以理解的过程。笔者利用自主绘图，进行了公式的推导。课堂效果显示，学生理解的速度大大加快，课堂进程也变得很快。
笔者首先利用从个别到一般的归纳推理逻辑，以七个氨基酸为例，进行推导（表1）。其中，球状物代表氨基酸，横线代表肽键。推导过程如下：学生自主绘制三种情况下的肽键数：分别是①：7个氨基酸，形成1条肽链时，形成的肽键数；②：7个氨基酸，形成两条肽链时，形成的肽键数；③：7个氨基酸形成3条肽链时，形成的肽链数（表1）。通过自主绘图和计数，学生很容易得出公式“肽键数=氨基酸数-肽链数”，并能充分认同。
表1 肽键数计算公式的推导过程 三种情况 生物简图 氨基酸数 肽链数 肽键数 规律 7个氨基酸， 7 1 6 形成1条肽链 7个氨基酸， 肽键数=氨基酸数-肽链数 7 2 5 形成2条肽链 7个氨基酸， 形成3条肽链 7 3 4 实例2：基因指导蛋白质合成中，DNA碱基数、mRNA碱基数、氨基酸的计算。实际教学中，笔者将其分为2个步骤（图5）。步骤1：mRNA上每几个碱基决定一个氨基酸？（3个）；步骤2：mRNA是单链，DNA是双链，所以mRNA上的三个碱基，在DNA上所对应的区域有几个碱基？（6个）。通过层层深入的二级问题，然后进行自主绘图，学生很容易得三者的比例为6:3:1。
DNA
6
3 DNA mRNA
6 3 mRNA
3 mRNA 1 蛋白质 1 蛋白质 步骤1：RNA与氨基酸关系 步骤2：DNA与RNA关系 步骤3：三者的关系
图5 DNA碱基、RNA碱基、氨基酸数计算关系的自主绘图 综上所述，生物绘图，以简洁明快的线条，组成生动优美的直观图示，它在运用的过程中， 不仅可以替代大量的文字说明，而且优美准确的图示，给人以很强的直观感受。
以上的课堂实例显示，自主绘图在速记生物结构，梳理生物过程，理清生物定量计算方面，有着图简意赅的效果，实际操作中，能够激发学生兴趣，提高课堂效率，并能很好的发挥教师、学生的主导、主体作用，是值得提倡的好方法。 参考文献
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