讓思維的火花在指尖上碰撞：例析“物理模型”在高中生物高效課堂中的應(yīng)用

王麗群 殷汝軍 岳婷婷

有這樣一段關(guān)于《DNA分子的結(jié)構(gòu)》一課的授課片段：

教師對(duì)著課件中的DNA平面結(jié)構(gòu)和立體結(jié)構(gòu)給大家講述：“DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)是……”之后，教師開始舉例子：“同學(xué)們都穿著校服，上面都裝有拉鏈，DNA的結(jié)構(gòu)就如同這拉鏈?zhǔn)怯蓛蓷l單鏈組成?！苯處熯呎f(shuō)邊舉起講桌上早已準(zhǔn)備好的拉鏈，“你們注意看，我拉動(dòng)拉鎖將拉鏈拉開，就相當(dāng)于DNA解旋；我再拉動(dòng)拉鎖將拉鏈銜合，就相當(dāng)于DNA的復(fù)制。同學(xué)們?cè)谡n后可以多拉動(dòng)自己衣服上的拉鏈來(lái)理解DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)?！?/p>

筆者聽得云里霧里，俯身小聲問(wèn)了身邊的學(xué)生：“老師用拉鏈作比喻，你能理解嗎？”“還行吧?！贝蟾乓?yàn)楣P者是聽課教師的緣故，他也沒(méi)多說(shuō)。筆者接著又問(wèn)：“如果老師呈現(xiàn)給大家的是DNA雙螺旋模型，或是讓你們自己制作這個(gè)模型，效果會(huì)怎么樣？”這次問(wèn)話，他來(lái)了精神，笑著說(shuō)：“效果當(dāng)然會(huì)更好?！?/p>

十多年的教學(xué)歷程使筆者對(duì)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)已經(jīng)是爛熟于心了，不管別人再拿什么作比喻，都會(huì)先想起DNA的真實(shí)結(jié)構(gòu)，都不會(huì)影響到自己的認(rèn)識(shí)。但是我們的學(xué)生是第一次學(xué)習(xí)DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)，我們看不到微小的、抽象的DNA結(jié)構(gòu)，拉鏈的結(jié)構(gòu)跟DNA的結(jié)構(gòu)可謂是相差甚遠(yuǎn)。用拉鏈作比喻，可以理解“DNA分子是由兩條鏈組成”，但對(duì)于“這兩條鏈按反向平行方式盤旋成雙螺旋結(jié)構(gòu)”則無(wú)法理解；對(duì)于“DNA分子中的脫氧核糖和磷酸交替連接，排列在外側(cè)，構(gòu)成基本骨架；堿基排列在內(nèi)側(cè)”則更是無(wú)法解釋。對(duì)于“兩條鏈上的堿基通過(guò)氫鍵連接成堿基對(duì)”，教師是這樣解釋的：“這拉鏈上的拉牙就相當(dāng)于堿基。”大家通過(guò)想象就可以知道拉牙之間是交替銜合的，而堿基之間是通過(guò)氫鍵連接成堿基對(duì)，所以對(duì)于學(xué)生來(lái)講是很難理解的，也沒(méi)法理解。如果能將模型應(yīng)用到教學(xué)中，那么教學(xué)效果就會(huì)事半功倍。

所謂“模型”是人們?yōu)榱四撤N特定目的，對(duì)認(rèn)識(shí)對(duì)象所作的一種簡(jiǎn)化的概括性的描述。《高中生物課程標(biāo)準(zhǔn)》中要求學(xué)生學(xué)會(huì)建立模型，領(lǐng)悟模型在科學(xué)研究中的應(yīng)用。人教版生物各模塊的教材給教師提供了豐富的模型教學(xué)資源。建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論認(rèn)為，學(xué)習(xí)不是學(xué)習(xí)者被動(dòng)接受教師授予的知識(shí)，而是在自身原有知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上主動(dòng)建構(gòu)活動(dòng)的過(guò)程，是新舊知識(shí)相互交融，形成新知識(shí)的過(guò)程。生物模型教學(xué)是通過(guò)解決知識(shí)的建構(gòu)和編碼工作，注重模型建立的過(guò)程，來(lái)提高學(xué)生的生物科學(xué)素養(yǎng)。

蘇霍姆林斯基曾說(shuō)過(guò)：“智慧在手指上。”通過(guò)模型的構(gòu)建活動(dòng)可實(shí)現(xiàn)行為與思維的統(tǒng)一，在提高學(xué)生理解知識(shí)能力的同時(shí)，提高學(xué)生動(dòng)手能力。 高中生物學(xué)科的模型包括物理模型、概念模型和數(shù)學(xué)模型。下面以物理模型在生物課堂教學(xué)中的應(yīng)用為例來(lái)闡述如何讓思維的火花在指尖上碰撞。

一、課前注意選擇，讓思維成為點(diǎn)燃的火把

模型使用的目的是為了有效地完成教學(xué)任務(wù)，實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)。是否選用模型，選擇什么樣的模型，應(yīng)視教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的需求而定。比如在講解高中生物必修二第三章第二節(jié)《DNA分子的結(jié)構(gòu)》一節(jié)時(shí)，我們可以用DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型來(lái)理解DNA分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)；必修二第二章第一節(jié)《減數(shù)分裂》的目的之一是理解分裂過(guò)程中染色體的變化過(guò)程，學(xué)生可用橡皮泥模擬染色體的活動(dòng)來(lái)突破本節(jié)教學(xué)的重、難點(diǎn)，形成對(duì)減數(shù)分裂過(guò)程中染色體變化的正確認(rèn)識(shí)；必修三第五章第二節(jié)《生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)》，為了讓學(xué)生更好地理解生態(tài)系統(tǒng)中能量的去向，我們可以自制模型，讓學(xué)生進(jìn)行能量去向的定向分析和定量分析。

并非每節(jié)課都可以用模型來(lái)進(jìn)行。凡能有效促進(jìn)學(xué)生的認(rèn)知活動(dòng)的模型可以選擇使用，無(wú)益于教學(xué)活動(dòng)，過(guò)度分散學(xué)生注意力的模型是沒(méi)有必要使用的，所以教師在課前應(yīng)注意選擇。

二、模型操作過(guò)程中教師巧妙引導(dǎo)，讓學(xué)生思維變得有序和高效

《減數(shù)分裂》是高中生物必修二《遺傳與進(jìn)化》中較抽象、較難理解的知識(shí)，在新授課中學(xué)生掌握起來(lái)很費(fèi)勁，答題的效果也不是很理想。在復(fù)習(xí)這一部分知識(shí)的時(shí)候，筆者采用物理模型構(gòu)建的方法，將細(xì)胞中染色體的自發(fā)的變化行為變成了讓學(xué)生來(lái)操作、控制其變化的過(guò)程。在制作的過(guò)程中，為了合作學(xué)習(xí)，學(xué)生以小組為單位，每人買來(lái)2種顏色的橡皮泥，分別代表父方和母方的染色體。制作程序是：學(xué)生先熟悉減數(shù)分裂的過(guò)程，然后準(zhǔn)備一張16開大小的白紙，在紙上將各個(gè)時(shí)期的細(xì)胞輪廓畫出來(lái)或是用橡皮泥捏出來(lái)，再把所做的染色體放在其中。在學(xué)生制作的過(guò)程中，教師隨時(shí)觀察學(xué)生所做的模型，并將模型展示給全班學(xué)生，以及時(shí)發(fā)現(xiàn)制作過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，并給予訂正，以免在以后的制作過(guò)程中出現(xiàn)類似的錯(cuò)誤。

例如四分體時(shí)期，先把細(xì)胞輪廓畫好或是捏好，按照細(xì)胞的大小做相應(yīng)的染色體，用顏色相同的橡皮泥搓成長(zhǎng)度相同的兩條染色單體，并排放置好后，再用同種顏色的小塊橡皮泥代表著絲點(diǎn)，在兩條染色單體中部用小塊橡皮泥粘起來(lái)，代表減數(shù)分裂已完成復(fù)制的染色體。同樣再做另外一條顏色的染色體。把做好的不同顏色的兩條染色體放在做好的細(xì)胞內(nèi)，讓長(zhǎng)度相同、顏色不同的染色體配對(duì)，使著絲點(diǎn)靠近。有的學(xué)生在完成四分體的圖像時(shí)將2對(duì)同源染色體用了4種顏色的橡皮泥來(lái)表示，是因?yàn)闆](méi)有考慮到來(lái)自同一親本的染色體應(yīng)該用同一種顏色的橡皮泥來(lái)表示(如圖1所示)。

圖1

在減Ⅰ后期，中心體和紡錘體可以用筆畫出來(lái)。同源染色體分開，分別移向細(xì)胞的兩極，學(xué)生將染色體隨機(jī)組合，可以使同一顏色(來(lái)自同一親本)的染色體放在赤道板的同一側(cè)，也可以使不同顏色(來(lái)自不同親本)的染色體放在同一側(cè)，通過(guò)親自操作來(lái)理解減Ⅰ中期染色體的排布決定著后期同源染色體的組合方式。在這一過(guò)程中，有的學(xué)生將赤道板兩側(cè)的同源染色體做成了同樣的顏色，沒(méi)有區(qū)分開父方和母方。還有的學(xué)生在減Ⅱ后期將分開的姐妹染色單體做成了不同顏色，是沒(méi)有注意到姐妹染色單體是同一條染色體復(fù)制而來(lái)的，應(yīng)該用同種顏色的橡皮泥來(lái)表示。

通過(guò)親自動(dòng)手操作，及時(shí)訂正，學(xué)生都能做出正確的模型。通過(guò)模擬實(shí)驗(yàn)學(xué)生了解減數(shù)分裂過(guò)程中染色體的變化規(guī)律。A學(xué)生在自我反思中寫道：“用橡皮泥做‘減數(shù)分裂’的模型，充滿了知識(shí)趣味。同學(xué)們親自動(dòng)手操作，動(dòng)腦分析，既回味了童年時(shí)橡皮泥的美好回憶，又在其樂(lè)趣中增長(zhǎng)了知識(shí)。由于我制作模型時(shí)，考慮不夠全面，忽略細(xì)節(jié)，將模型做得色彩過(guò)于豐富。老師及時(shí)訂正了我的錯(cuò)誤，讓我更深入了解到了‘減數(shù)分裂’的相關(guān)知識(shí)。這種親自操作、動(dòng)手實(shí)踐的方法，讓我們?cè)谕鏄?lè)中學(xué)會(huì)了知識(shí)，加深了印象，將抽象的難點(diǎn)變得更加形象化，便于我們更好地學(xué)習(xí)。”B學(xué)生這樣寫道：“自己親自動(dòng)手制作‘減數(shù)分裂’的模型感到無(wú)比開心。雖然制作的樣子不是很令人滿意，但總體上講還是可以的，從畫圖再到自己親自用橡皮泥捏制的過(guò)程，使細(xì)胞內(nèi)的染色體的形態(tài)清楚地印在我的腦海中。只是橡皮泥太容易斷了，不容易捏成條，而且橡皮泥還十分黏手，弄得我滿手都是，不過(guò)我還是樂(lè)在其中?！蹦猩谥谱鬟^(guò)程中出現(xiàn)了很多的麻煩，正如C學(xué)生寫道：“模型的制作十分開發(fā)我的智力，又鞏固了知識(shí)，是很有意義的。在這個(gè)過(guò)程中我遇到了不少困難，例如手太大，染色體太小，不好操作，不容易捏出好的形狀，但仍然很有樂(lè)趣?！钡拇_，他好像沒(méi)辦法捏出好看的形狀，而是用刀將一大塊橡皮泥分割就變成了染色單體。

建立減數(shù)分裂中染色體變化的模型是教材內(nèi)容的一部分，只是以前我們教師為了節(jié)省時(shí)間把這樣一個(gè)富有情趣的環(huán)節(jié)給省略了。學(xué)生做的模型有大有小，顏色各異，但看得出，一點(diǎn)一滴都是用心來(lái)完成的。

物理模型的制作不是目的，只是一種手段、方法。通過(guò)模型制作，教師發(fā)現(xiàn)學(xué)生操作、思維過(guò)程中的閃光點(diǎn)與存在問(wèn)題，參與評(píng)價(jià)其操作、思維過(guò)程合理與否；通過(guò)制作，更能促進(jìn)學(xué)生思維發(fā)展并提高學(xué)生的語(yǔ)言表達(dá)能力。教學(xué)中只有有目的、有組織地讓學(xué)生觀察、操作，才能夠收到以動(dòng)啟思，培養(yǎng)思維能力的教學(xué)效果。

三、模型構(gòu)建過(guò)程中建立互動(dòng)，讓學(xué)生思維迸發(fā)美麗的火花

著名教育家陶行知先生說(shuō)：“單純的勞動(dòng)，不能算做，只能算蠻干；單純的想，只是空想；只有將操作與思維結(jié)合起來(lái)才能達(dá)到思維之目的?！?/p>

在《生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)》一節(jié)課中，當(dāng)講完能量流經(jīng)第一和第二營(yíng)養(yǎng)級(jí)的過(guò)程之后，教師給學(xué)生提供了下列材料：白板、不干膠粘紙(其中正方形代表各營(yíng)養(yǎng)級(jí)，大長(zhǎng)方形代表分解者，小長(zhǎng)方形代表呼吸作用，箭頭代表能量的去向)。這些材料可以直接粘在白板上，小組學(xué)生從中選擇材料共同構(gòu)建能量流經(jīng)各營(yíng)養(yǎng)級(jí)的定性分析示意圖，并進(jìn)行小組展示(這里只要求學(xué)生能構(gòu)建各營(yíng)養(yǎng)級(jí)能量的三個(gè)去向就可以)。在學(xué)習(xí)了賽達(dá)伯格湖能量流動(dòng)的定量分析圖解之后，讓學(xué)生進(jìn)一步修正前面制作的能量流動(dòng)模型。教師將各組學(xué)生自己制作的模型展示出來(lái)，大家暢所欲言。有的小組指出：由于各營(yíng)養(yǎng)級(jí)能量是逐級(jí)遞減的，所以隨著營(yíng)養(yǎng)級(jí)的增高，箭頭(流向下一營(yíng)養(yǎng)級(jí)、呼吸散失和流向分解者的能量)應(yīng)該是越來(lái)越小。還有的小組指出：食物鏈中的營(yíng)養(yǎng)級(jí)一般不超過(guò)4～5個(gè)，所以模型中的食物鏈營(yíng)養(yǎng)級(jí)不應(yīng)太長(zhǎng)。學(xué)生在相互交流和探討中正確地理解所學(xué)的知識(shí)，最后得到正確的模型(如圖2所示)。

圖2

四、結(jié)束語(yǔ)

物理模型是以實(shí)物或圖片形式直觀表達(dá)認(rèn)識(shí)對(duì)象的特征。構(gòu)建物理模型不僅使課堂氣氛活躍了，而且強(qiáng)化了學(xué)生對(duì)知識(shí)的認(rèn)識(shí)和理解，是發(fā)展學(xué)生潛能的“金橋”， 是學(xué)生求知增智的重要環(huán)節(jié)，是學(xué)生獲取系統(tǒng)知識(shí)的重要保障。物理模型的構(gòu)建是生物課堂教學(xué)的重要手段和方法，根據(jù)教學(xué)所需有選擇性地、有目的地、有針對(duì)性地、適時(shí)適度地使用學(xué)具，定能生成精彩高效的生物課堂，定能讓學(xué)生思維的火花在指尖上碰撞出耀眼的光芒！

[1]王麗群,殷汝軍.為理解而提問(wèn)讓學(xué)生開動(dòng)腦筋[J].教學(xué)儀器與實(shí)驗(yàn),2010(1):25-26.