物理模型在生物教學(xué)中的運用

曹海淵 景改玲

生物教學(xué)中常用的模型有概念模型、數(shù)學(xué)模型和物理模型。不論哪種模型只要運用得當，均可以拓展學(xué)生的知識面，加深學(xué)生對相關(guān)知識的理解，都可起到事半功倍的效果，本文就談?wù)勎锢砟Ｐ驮谏锝虒W(xué)中的運用。

物理模型在生物教學(xué)中的運用有兩方面的作用，一是抽象化，對于諸多的原型要在分析共性后，經(jīng)簡化提煉出這些客觀事物的本質(zhì)，讓學(xué)生深刻領(lǐng)會后，便可解決一類問題，這對于諸多高頻考題特別有用。比如，在生物教學(xué)中常有一類題目以不同的形式呈現(xiàn)，有的是線段形式，前半段表示植物處于黑暗條件下，而后半段表示植物處于光照條件下，題目會要求學(xué)生計算在光照1小時內(nèi)植物的總光合速率，而有的題目以實驗的方式來考查學(xué)生的實驗設(shè)計能力，如題目給定氫氧化鈉溶液、碳酸氫鈉溶液、小燒杯、集氣瓶，要求學(xué)生測出這株植物的總光合速率，不論以哪種形式出現(xiàn)，其原理相同。我們先在集氣瓶放置盛有氫氧化鈉的小燒杯和植物后，將其放在黑暗的環(huán)境中，與集氣瓶相連的導(dǎo)管中液滴移動了a毫米，這便是呼吸速率。而后將集氣瓶在光下放置1小時，此時該植物光合作用、呼吸作用同時進行。假設(shè)1小時內(nèi)液滴移動了b毫米，這樣就測得了凈光合速率，我們將凈光合速率b和呼吸速率a相加便得出了總光合速率。于是通過實驗設(shè)計和分析線段的表示法解決了一類問題，這是抽象概括處理問題的方法。二是具體化，比如在教學(xué)中對于某些過于抽象的問題、科學(xué)概念，假設(shè)、理論或動態(tài)變化。如果要正確認識其特點，深刻掌握實質(zhì)。我們便可將其具體化為某一特定的模型。在高中生物教學(xué)中，常用的有絲分裂和減數(shù)分裂過程中染色體的動態(tài)變化過程模型以及DNA的雙螺旋模型。這類模型的好處是直觀、形象，有利于學(xué)生清晰地認識抽象微觀的事物。所以在建立模型的過程中，就是一個思維和行為相統(tǒng)一的過程。通過對科學(xué)模型的研究來推知某些客觀事物的性能和規(guī)律，借助模型來獲取、拓展和深化對客觀事物認識的方法，就是科學(xué)研究中常用的模型方法。

物理模型在生物教學(xué)中的應(yīng)用非常廣泛，小到細胞器，比如線粒體、葉綠體模型，就是借助模型來幫助學(xué)生認識其結(jié)構(gòu)，進而理解其功能，從而實現(xiàn)學(xué)生理解上的結(jié)構(gòu)和功能相適應(yīng)的特點。大到生態(tài)系統(tǒng)，如教材上讓學(xué)生動手制作生態(tài)瓶，就是充分體現(xiàn)了生物與環(huán)境相適應(yīng)性的特點。由此可見，模型在生物教學(xué)中應(yīng)用之廣泛，作用之重大。因此在生物教學(xué)中合理恰當?shù)貞?yīng)用物理模型，對于促進和提高教學(xué)效果的作用是非常明顯的。另外，我們在利用現(xiàn)有的物理模型的同時，也可以改造和制作新的模型、模具。比如在“性狀分離比的模擬實驗中”，有甲乙兩個小桶分別代表卵巢和精巢，每個小桶內(nèi)放兩種不同顏色的彩球，分別代表雜合子F1產(chǎn)生的兩種配子，分別從兩個小桶內(nèi)隨機抓取一個小球，這表示雌配子和雄配子的隨機結(jié)合形成合子。需要注意甲乙兩個小桶中小球總數(shù)可以不相同（原因是精巢中產(chǎn)生的精子數(shù)遠大于卵巢內(nèi)產(chǎn)生的卵細胞數(shù)），但每個小桶中兩種小球的比例一定要為1∶1，對于該實驗我們也可以改造設(shè)計成新實驗，比如可模擬Dd和dd的個體間的雜交實驗。模擬時只需將其中一個小桶中的小球換成一種顏色的小球，其他過程相同。也可以模擬兩對相對性狀的雜合子產(chǎn)生配子的過程，如甲桶放置黃白兩種數(shù)目相等彩球，代表Y，y兩種配子，在乙桶中放置黑綠兩種數(shù)目相等的小球，代表R，r兩種配子，分別從甲乙中抓取的小球可模擬等位基因的分離，抓取的小球放在一起可模擬非等位基因間的自由組合。因此只要善于利用和挖掘教材中已有的模型，可使課堂變得生動有趣、事半功倍。

總之，高中生物教學(xué)中涉及的模型遠不及這些，限于篇幅，本文在此只作簡要的歸納。我們在教學(xué)過程中，要充分運用物理模型，更好地解決一些生物學(xué)實際問題，使學(xué)生對生物學(xué)產(chǎn)生更加濃厚的興趣。構(gòu)建物理模型正是拓展學(xué)生的空間想象能力和思維能力的過程。但實際問題是復(fù)雜多變的，物理模型的構(gòu)建需要學(xué)生同時具有一定的探索性和創(chuàng)造性。如何將生物學(xué)理論知識轉(zhuǎn)化為模型，這是對學(xué)生創(chuàng)造性地解決問題的能力的檢驗，也是理科教育的重要任務(wù)。用物理模型來描述生命現(xiàn)象，有助于學(xué)生從總體上去認識生命的本質(zhì)。用構(gòu)建模型的辦法來反映生命活動的規(guī)律，則更容易被學(xué)生接受，起到事半功倍的效果。因此，生物學(xué)課堂教學(xué)中應(yīng)突出生物學(xué)科的特色，課堂中應(yīng)多展示物理模型來解釋生物學(xué)事實，多運用模型方法解決有關(guān)生物學(xué)問題，從而提高課堂效率，發(fā)展學(xué)生思維，提高學(xué)生能力。

注：本文系甘肅省平?jīng)鍪薪逃茖W(xué)規(guī)劃課題（課題立項號：[2018]PLG672）《積極踐行模型法 構(gòu)建生物高效課堂》之論文。

編輯 李琴芳