淺析模型方法在教學(xué)中的運(yùn)用——以“光合作用的原理與應(yīng)用”為例

謝 標(biāo)

(江蘇省宜興市丁蜀高級中學(xué) 江蘇無錫 214200)

運(yùn)用模型構(gòu)建展示事物的原型、特征和本質(zhì)，是人們認(rèn)識自然界的一種重要的方式，也是人類科學(xué)思維能力發(fā)展的重要方式，模型構(gòu)建在人們理解自然界事物的本質(zhì)、探索自然界未知規(guī)律的過程中，起著重要的作用。為了適應(yīng)未來社會發(fā)展的需要，培養(yǎng)更多合格祖國發(fā)展的建設(shè)者，高中生物新的《課程標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定，模型與模型構(gòu)建是培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的重要內(nèi)容之一?！稑?biāo)準(zhǔn)》明確提出，讓學(xué)生獲得生物學(xué)基本事實(shí)、概念、原理、規(guī)律和模型等方面的基礎(chǔ)知識，領(lǐng)悟假說——演繹法、建立模型等科學(xué)思維方法及其在科學(xué)研究中的應(yīng)用。新課標(biāo)對高中生物的每個模塊的模型與模型構(gòu)建提出了不同的要求。本人就“光合作用的原理與應(yīng)用”這節(jié)內(nèi)容，闡述物理模型與建模在教學(xué)中的運(yùn)用。

光合作用的原理與應(yīng)用是高中生物教學(xué)中的重點(diǎn)，也是難點(diǎn)，包括光合作用的概念、光合作用的原理、光合作用的原理的應(yīng)用，都比較抽象，如果能結(jié)合物理模型的方法進(jìn)行教學(xué)，就能夠很直觀地將光合作用的相關(guān)內(nèi)容展示在學(xué)生眼前。

一、葉綠體物理模型的建構(gòu)

物理模型以實(shí)物或畫圖形式直觀表達(dá)認(rèn)識對象的特征。一般普通高中因條件限制，不可能通過電子顯微鏡的方法觀察葉綠體的微觀結(jié)構(gòu)，為了使學(xué)生能直觀地看到葉綠體的微觀結(jié)構(gòu)，加深學(xué)生的表象，構(gòu)建葉綠體和光合作用原理的物理模型，是最有效的教學(xué)方式。這樣做不僅能培養(yǎng)學(xué)生的識記水平，還能夠培養(yǎng)學(xué)生的動手制作能力、合作探究能力，進(jìn)而達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維能力的目的。

筆者在教學(xué)中首先向?qū)W生展示葉綠體的物理模型，引導(dǎo)學(xué)生閱讀教材識記葉綠體各部分結(jié)構(gòu)的名稱，并能說出實(shí)物模型的各總分結(jié)構(gòu)和名稱，然后指導(dǎo)學(xué)生用超輕黏土動手做葉綠體的物理模型。學(xué)生兩人一小組共同合作動手制作葉綠體的物理模型，整個過程中，同學(xué)之間相互分工，有爭執(zhí)、有贊同，同學(xué)們的積極性很高，合作得很愉快。十分鐘后，有較多同學(xué)完成，而且?guī)讉€小組做的模型甚至與展示的實(shí)物模型極為相近，效果很好。

這種教學(xué)方法打破以往的教學(xué)常規(guī)，只是讓學(xué)生識記葉綠體的結(jié)構(gòu)的淺層次的學(xué)習(xí)，是機(jī)械學(xué)習(xí)，是無意義的學(xué)習(xí)。讓學(xué)生在活動中獲知識，獲得的知識是通過學(xué)生親身體驗(yàn)得來的知識，記憶是永久的，體驗(yàn)是深刻的。本人認(rèn)為這種組織學(xué)生在活動中學(xué)習(xí)的教學(xué)方法，能夠激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)，適應(yīng)學(xué)生的身心發(fā)展規(guī)律，不僅能使學(xué)生獲得知識，還能培養(yǎng)能力，能較好地培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維，體現(xiàn)生物學(xué)科核心素養(yǎng)的養(yǎng)成。

二、光合作用原理物理模型構(gòu)建

光合作用的原理是一個比較抽象的過程，是高考考查的重點(diǎn)，也是學(xué)生學(xué)習(xí)的難點(diǎn)。為了達(dá)到較好的教學(xué)效果，大多數(shù)教師是采用引導(dǎo)學(xué)生畫光合作用原理的過程圖解或者是直接呈現(xiàn)光合作用原理的圖解的方法展開教學(xué)。為了取得更好的效果，在這部分內(nèi)容的教學(xué)時，我讓學(xué)生動手做光合作用原理的物理模型。

首先，提出幾個問題，如，光合作用的原理分哪幾個階段？進(jìn)行的場所是什么？每個階段的反應(yīng)物是什么？每個階段的產(chǎn)物是什么？等，請同學(xué)們結(jié)合自己制作的葉綠體模型逐一討論。為了正確引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)，糾正學(xué)生的錯誤，培養(yǎng)學(xué)生評價與自我評價的能力，要求小組代表交流小組內(nèi)討論的結(jié)果，達(dá)到使學(xué)生正確識記教材內(nèi)容的目的。其次，組織學(xué)生進(jìn)行光合作用原理的物理模型的制作。仍然是兩人一小組，用超輕黏土做出光合作用過程中用到的所有物質(zhì)，并逐一黏在自制的葉綠體模型的相應(yīng)位置，位置代表發(fā)生的場所，有的同學(xué)甚至把與光合作用有關(guān)的色素都做了出來。整個制作過程同學(xué)們很投入，每個小組活動都在有條不紊地開展著，同學(xué)們很專心、積極性很高。

幾分鐘后模型做好了，緊接著由小組代表展示模型，并結(jié)合模型進(jìn)行解說，講解的同學(xué)講得清晰，聽的學(xué)生聽得認(rèn)真。這樣的學(xué)習(xí)是學(xué)生主動的獲取知識的過程，很好地加深了學(xué)習(xí)的深度，激發(fā)了學(xué)生的興趣，培養(yǎng)了學(xué)生的能力。這種教學(xué)方法，使每一位同學(xué)都參與到學(xué)習(xí)過程中，充分體現(xiàn)了教學(xué)要面向全體學(xué)生原則。

三、光合作用原理物理模型的應(yīng)用

組織學(xué)生進(jìn)行物理模型的建構(gòu)，幫助學(xué)生有效識記、理解書本知識，更好地培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力。如何運(yùn)用模型解決問題呢？如何把模型運(yùn)用到具體情境中去呢？

（一）幫助學(xué)生理解光合作用的概念

光合作用的概念是指“綠色植物通過葉綠體，利用光能，將二氧化碳和水轉(zhuǎn)化成儲存能量的有機(jī)物，并釋放氧氣的過程”，在模型面前，概念中的每個要點(diǎn)都能在模型中找到，也會發(fā)現(xiàn)光合作用的概念概括得如此之準(zhǔn)確，一個字都不多余，一個字都不浪費(fèi)。這種教學(xué)方法，學(xué)生獲得的概念是親身體驗(yàn)得來的，是在理解的基礎(chǔ)上獲得的，記得更久、用得更活。

（二）幫助學(xué)生理解光合作用的化學(xué)反應(yīng)式

對光合作用的化學(xué)反應(yīng)式，部分學(xué)生總是死記硬背，不去理解性的記憶，所以經(jīng)常出錯。如何才能理解性地記住光合作用的反應(yīng)式呢？

可以根據(jù)光合作用的概念記，從概念中可以看出光合作用的反應(yīng)物是二氧化碳和水，產(chǎn)物是有機(jī)物和氧氣，條件是光和葉綠體，但是比較抽象。

教學(xué)過程中為了達(dá)到使學(xué)生對光合作用反應(yīng)式理解的目的，我結(jié)合光合作用原理的物理模型展開這部分內(nèi)容的教學(xué)，首先讓學(xué)生對照光合作用原理的模型，找出光合作用過程中所有的反應(yīng)物、中間產(chǎn)物、最終產(chǎn)物。很顯然，從模型中可以清晰看出，從環(huán)境中進(jìn)入葉綠體的物質(zhì)就是原料，最終從葉綠體中出來的新物質(zhì)就是最終產(chǎn)物。根據(jù)化學(xué)反應(yīng)式的書寫方法，反應(yīng)物寫在箭頭前，終產(chǎn)物寫在箭頭后，中間用箭頭連接。緊接著提問學(xué)生，光合作用正常進(jìn)行還需要什么條件呢？從模型中可以看出光合作用的進(jìn)行是在葉綠體中進(jìn)行的，要有光，這樣就自然而然地正確、完整地寫出了光合作用的化學(xué)反應(yīng)式。這樣寫出的化學(xué)反應(yīng)式是在理解的基礎(chǔ)上寫出來的，在學(xué)生的頭腦中有直觀表象，記憶是長久的，學(xué)習(xí)是有意義的。

（三）幫助學(xué)生理解光合作用的影響因素

影響光合作用的因素有環(huán)境因素和內(nèi)部因素，比如環(huán)境因素發(fā)生改變，光合作用過程中產(chǎn)生的氧氣的量如何變化，葉綠體基質(zhì)內(nèi)的三碳化合物和五碳化合物的量如何變化等。如果能夠結(jié)合光合作用原理的模型來分析就比較清晰。

在教學(xué)的過程中，為了使學(xué)生理解環(huán)境因素對光合作用的影響，學(xué)生先將自制的光合作用的原理的模型展示在面前，然后教師提出問題：如果空氣中的二氧化碳的含量突然變少，請問，短時間內(nèi)葉綠體中三碳化合物如何變化？五碳化合物的含量如何變化？光合作用產(chǎn)生氧氣的速度如何變化？接著以小組為單位展開討論，學(xué)生結(jié)合模型積極主動地展開討論，并利用模型進(jìn)行演示變化的過程，一目了然。為了進(jìn)一步熟練運(yùn)用模型，再提出一個問題，發(fā)果突然停止光照，短時間內(nèi)葉綠體中三碳化合物如何變化？五碳化合物的含量如何變化？光合作用產(chǎn)生氧氣的速度如何變化？可以當(dāng)堂訓(xùn)練，也可留作課后思考。

以上就是本人就模型與模型構(gòu)建的一點(diǎn)嘗試，通過運(yùn)用模型的方法進(jìn)行“光合作用原理與應(yīng)用”的教學(xué)，體驗(yàn)到了模型方法教學(xué)的優(yōu)勢，親身體會到了模型方法的精髓，體會了在探索和發(fā)現(xiàn)中學(xué)習(xí)的真諦。我也深刻認(rèn)識到，學(xué)生只有在做的過程中才能真正領(lǐng)會、內(nèi)化知識，才是真正意義上的深度學(xué)習(xí)，是有意義的學(xué)習(xí)，是面向全體學(xué)生的教學(xué)，是“死記硬背”無法達(dá)到的學(xué)習(xí)效果。因此，在具體教學(xué)中必須引導(dǎo)學(xué)生切實(shí)地在做中學(xué)，讓學(xué)生中探索科學(xué)的過程中發(fā)現(xiàn)科學(xué)規(guī)律，領(lǐng)悟模型與建模的方法，感悟模型與建模的魅力，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力，使教學(xué)真的在為學(xué)生的發(fā)展服務(wù)，真正落實(shí)新課標(biāo)提出的核心素養(yǎng)的養(yǎng)成米目標(biāo)。