物理模型促進高中生物學概念建構的教學策略

潘明鳳

在眾多的生物學教學方法中，模型教學是培養(yǎng)學生思維能力的重要途徑和手段，對學生生物學學科核心素養(yǎng)的形成具有重要作用。眾所周知，生物學科的一大特點就是知識多而雜，專業(yè)術語、概念比較抽象，單獨理解起來比較費力。而生物學概念在學生形成科學完整的知識框架中起到至關重要的作用，是構成生物學知識網絡的重要節(jié)點。生物學概念的掌握尤其是核心概念的掌握是理解生物學知識的基礎，是學習生物學新知識的奠基石。近年來，雖然生物學概念教學的重要性受到越來越多人的關注，但是大多數研究報道主要集中于以下方面：前概念對形成科學概念的影響、生物學概念教學的方法、運用概念圖策略促進概念教學的研究等。

物理模型是生物模型中非常重要的形式之一。目前，將物理模型教學與概念建構教學聯(lián)系起來的研究甚少。基于此，下面就對如何利用物理模型來促進高中生物學概念的學習提供一些建議，以期對生物學核心素養(yǎng)的落實起到一定的推動作用。

1模型教學與物理模型建構教學

人教版高中生物教材中將模型形式主要分為物理模型、數學模型和概念模型三類。

模型教學大致分兩類：①利用已有的模型進行教學；②建構模型的教學，是過程式教學，更是一種科學探究的過程。物理模型建構是一種創(chuàng)造性活動，學生要經過不斷地分析、修正才能成功制作模型，符合學生認知規(guī)律。通過物理模型的制作，能使生物學知識更加直觀化和條理化。學生親手制作物理模型，不僅可以加深學生對概念知識的理解，更有助于體驗概念的形成和規(guī)律的探究，培養(yǎng)分析和解決問題的能力，激發(fā)創(chuàng)新思維。物理模型建構的主要步驟包括了解建構模型的基本構造；根據其特征形成初步設計方案；根據模型的特征細化方案各步驟；制作各原件，并將各原件進行組裝；檢驗和修補，做出合理評價。

2物理模型與概念教學之間的關系

生物學由于有很多需要理解、記憶的知識，被學生認為是一種半文半理的學科。造成這一現象的根本原因是學生對概念的內涵、外延以及各概念之間的關聯(lián)沒有搞清楚。物理模型中的概念關系和層級關系可直觀簡潔地呈現所學內容，進一步加深學生對新知識的理解和記憶，利于學生找到適合自己的理解概念的方法，有助于學生構建知識網絡，從整體層面來深入理解所學知識。

學生在制作模型的過程中不可能一蹴而就，總會遇到很多問題。通過制作物理模型可以幫助教師清楚地了解學生知識的盲點在哪里，及時發(fā)現并糾正概念之間錯誤的聯(lián)結。此時，通過教師的指導和學生自己的思考，可以讓處于知識大爆炸時代的學生在浩瀚如海的信息資源中搞清楚知識之間的關系，有助于培養(yǎng)學生分析和解決實際問題的能力，更有助于不同層次學生潛能的開發(fā)。通過制作物理模型，可將不同概念直觀剖析給學生，通過模型來體現原型的特點和屬性，使學生的錯誤概念得以糾正，使更多的新知識被納入到不斷完善的框架中，加強各核心概念之間的聯(lián)系，從而促進學生全面系統(tǒng)地掌握生物學知識。因此，在高中生物新課程教學中，通過對物理模型的構建讓學生形成分析、判斷、推理的能力，促進學生對概念的理解和掌握是可行的教學策略。

3物理教學促進不同水平的生物學概念的教學策略

3.1物理模型促進了解水平的生物學概念學習

生物學概念教學的初級目標是能識別和描述對象的基本特征，辨認生物事實和基本原理。在這個水平，教師應重視培養(yǎng)學生對生物概念的感性認識，幫助學生分析生物概念的類別和特點，加強學生對概念的認知過程。因此，教師可采用已有的物理模型進行教學，具體策略如下。

①直觀展示模型。這一階段注重于培養(yǎng)學生的觀察能力，因此選取一些已有物理模型進行直觀展示即可。選取的物理模型要能突出生物學現象的主要特征。

②表達知覺形象。在對已有模型觀察的基礎上，要求學生嘗試用自己的語言、符號或者圖形表示相關生物學現象的主要特征。圍繞圖片，教師組織學生談談對生物學現象的認識，此時是學生對生物表象感性認識的階段，引導學生思考知覺形象所包含的各種主次關系，注重培養(yǎng)學生的語言表達能力。

③推斷生物表象。教師可設計讓學生推斷的相關實例，課堂活動中指導學生分析實例是否屬于該生物表象。這就要求設計的實例包含生物學概念內涵、外延以及概括概念本質特征的一些信息。教師同時可以設計一些有利于辨別概念信息的反例，幫助學生確定知覺形象所包含的主次關系，清晰生物學概念的最大范圍。

④形成生物學概念。此階段是對生物表象理性認識的階段，教師要指導學生概括可以表示生物表象本質特征的若干關鍵詞，然后用生物術語將這些關鍵詞連接成完整的句子，最終形成生物學概念。此過程對學生的抽象概括和語言表達能力的要求也比較高。

3.2物理模型促進理解水平的生物學概念學習

生物學概念的理解水平要求學生能弄清楚概念各個部分的關系，把握內在邏輯聯(lián)系。在這個階段教師要通過適當的教學程序，引導學生分析舊知識結構，使新知識納入到舊知識結構中，形成一定的知識框架。這個階段的主要目的是提高學生理解、分析生物學概念的能力。相應教學策略如下。

①分解生物學概念。教師通過提問的方式發(fā)散學生思維，根據學生的認知水平，指導學生找出屬于該生物學概念的各要素，對其進行歸類、分析，發(fā)現其本質特征，建立對生物學概念各方面的認識。

②分析要素關系。生物學概念是由要素之間的相互關系組織而成。因此，教師在教學中，不僅要指導學生分析各概念要素之間的關系，還要引導分析各概念要素與其他生物學概念之間的聯(lián)系。對于高中生來說，對抽象概念的理解確實不是易事。例如，DNA的雙螺旋結構。教師可以讓學生通過位置調換物理模型中的堿基位置或改變堿基的數目來體會堿基排列順序的千變萬化，進而讓學生理解DNA結構的多樣性即堿基的數目和排列順序的多樣性，最終幫助學生理解DNA的雙螺旋結構與遺傳的關系。因此，物理模型的制作可以加深學生對生物學概念的理解程度，幫助學生進一步系統(tǒng)化、層次化生物知識結構。

③綜合組織要素。在這個階段中，教師應通過具體的問題情境，結合實例，在指導學生分析概念各要素的基礎上，綜合組織各要素，進一步形成生物概念，加強對生物學概念的理解。其中，各概念要素的綜合組織對學生來說有一定難度，這就要求教師在實際課堂教學過程中能建構有利于學生解決問題的教學策略。學生通過自制物理模型，能幫助自己分清各概念要素之間的從屬關系，甚至達到更深層次的認識。例如，“核酸”這一核心概念中，核酸包括DNA和RNA兩種，基本單位是核苷酸，而核苷酸又是由五碳糖、磷酸、含氮堿基三種化學基團組成，以上均屬于從屬概念。學生通過自制物理模型，可領悟各從屬概念的含義，理清之間的微妙關系，促進知識結構的進一步系統(tǒng)化。

這種探究式模型制作過程可使學生能直觀地感受各概念要素（即模型元件）組織成物理模型應遵循的原則。物理模型制作后，為使學生能在新的情境中使用、總結抽象的概念，教師可引導學生繪制聯(lián)系新舊生物知識的概念圖，建立不同情境下生物知識的合理聯(lián)系，促進學生構建更為系統(tǒng)化的知識結構。

4小結

在高中生物學教學中，建構物理模型可以使學生對生物學概念有一個更深刻全面的理解，能使學生變被動學習為主動探究，引發(fā)和保持學生的學習興趣，有利于學生生物學學科核心素養(yǎng)的提高，同時還可提高教師的綜合素質，具有重要的價值和意義。

高中生物學教材中早就編排了相關的模型構建活動，但在實際課堂教學中并沒有引起足夠的重視。根據實際課堂教學過程中存在一些問題，筆者認為：

①教師一方面認識不到模型建構活動的重要性，沒有運用這一教學方法的熱情；另一方面也缺乏相應指導模型建構的知識和能力；加之各學校生物課時安排較少，模型建構活動開展的時間不足。這就要求生物教師進一步提高自身業(yè)務水平，加強研究，在實際課堂教學中能充分利用各模型資源，以達到更好的教學效果。

②課堂上很多生物教師在進行模型教學時大部分精力都放在模型構建的操作上，而忽略模型設計的重要性，因此不能很好地區(qū)分模型和原型的關系，使學生達到對核心概念的真正理解。物理模型的建構首先要了解模型對象的特征，再確定模型類型，然后根據其特征和建構目標，最后選擇恰當的建構材料來建模。

③在模型建構教學中，教師應給學生提供充滿探索與交流的活動平臺，通過學生活動來突出模型教學，促進學生學習方式的轉變，培養(yǎng)學生創(chuàng)新思想和建模的能力，幫助學生建立良好的知識結構體系。

④教師應設計科學合理的評價體系以確保模型教學活動順利開展。模型構建完成后教師要及時給予評價，提高學生學習積極性。