談構(gòu)建物理模型在高中生物教學(xué)中的應(yīng)用

鄭吉君

摘 要：高中生物學(xué)相對(duì)其他學(xué)科來說，一直是一門抽象而復(fù)雜的學(xué)科。為了幫助學(xué)生更好地理解生物學(xué)知識(shí)，建立物理模型的教學(xué)方法已經(jīng)在高中生物學(xué)教學(xué)過程中進(jìn)行了有益探索。建立物理模型的教學(xué)方法可以給學(xué)生帶來更加直觀的印象。本文對(duì)模型與物理模型的概念進(jìn)行了簡(jiǎn)單界定，說明了在生物教學(xué)的各個(gè)方面建立物理模型的必要性，闡述了將物理模型應(yīng)用于高中生物學(xué)教學(xué)的好處，并希望對(duì)高中生物學(xué)教學(xué)有所幫助。

關(guān)鍵詞：物理模型;高中生物學(xué);實(shí)踐應(yīng)用

高中生物學(xué)向?qū)W生展示了一個(gè)更加全面系統(tǒng)又豐富多彩的世界。分子和細(xì)胞的基本結(jié)構(gòu)使學(xué)生能夠探索生物大分子的奧秘，遺傳和進(jìn)化的特殊定律使我們感受到生命的魅力，生物與環(huán)境的有機(jī)統(tǒng)一讓我們可以更好的了解大自然的奧秘。在這樣的教學(xué)背景下，老師只講授教材上枯燥無味的知識(shí)，往往不會(huì)產(chǎn)生良好的教學(xué)效果。構(gòu)建物理模型可以很好地改變這一點(diǎn)。作為一名高中生物學(xué)教師，需要培養(yǎng)學(xué)生物理模型構(gòu)建的基本思維和技能，以幫助學(xué)生以創(chuàng)新的方式更好地獲取生物學(xué)的相關(guān)知識(shí)。

一、“模型”與“物理模型”的界定

模型是人們?yōu)榱四撤N特定目的而對(duì)認(rèn)識(shí)對(duì)象（即原型）所作的一種簡(jiǎn)化的概括性的描述，這種描述可以是定性的，也可以是定量的;有的借助于具體的實(shí)物或其他形象化的手段，有的則通過抽象的形式來表達(dá)。模型的形式有很多，包括物理模型、概念模型、數(shù)學(xué)模型等。

物理模型是指以實(shí)物或圖畫形式直觀地表達(dá)認(rèn)識(shí)對(duì)象的特征。物理模型包括實(shí)物模型、模擬模型和圖片。如沃森和克里克制作的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，它形象而概括地反映了所有DNA分子結(jié)構(gòu)的共同特征。對(duì)分子和細(xì)胞等微觀且抽象的知識(shí)，學(xué)生無法形成直觀的理解，可以提取真實(shí)模型并將其呈現(xiàn)在學(xué)生面前，對(duì)其進(jìn)行簡(jiǎn)化以使其更加直觀。

對(duì)物理模型問題的研究離不開對(duì)真實(shí)現(xiàn)象的深入思考，實(shí)際上是追求本質(zhì)，而通常卻忽略了次要因素，抽象的實(shí)際問題不再是原始問題，而是可以顯示問題的本質(zhì)特征，這就是構(gòu)建物理模型的一般思維模式?？梢哉f建立物理模型對(duì)高中生學(xué)習(xí)生物十分重要。

二、物理模型在高中生物教學(xué)中的意義

（一）提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣

在高中生物教學(xué)過程中，有許多抽象概念，如肉眼無法觀察到的分子和細(xì)胞，以及奇妙的細(xì)胞分裂。然而如何使這些抽象概念具體化，使學(xué)生能夠更加清楚的理解和掌握，是一個(gè)值得教師思考的問題。物理模型的構(gòu)建為課堂教學(xué)效果的提升開辟了道路。一旦教師使用物理模型進(jìn)行教學(xué)，學(xué)生就會(huì)對(duì)課堂內(nèi)容極為感興趣。他們的注意力將特別集中。教師指導(dǎo)學(xué)生結(jié)合模型學(xué)習(xí)相關(guān)知識(shí)，以幫助學(xué)生更深入的理解。

（二）提高學(xué)生學(xué)習(xí)效率和綜合素質(zhì)

在高中生物課堂上建立物理模型，讓學(xué)生積極參與到物理模型的建構(gòu)之中，使他們積極參與到課堂教學(xué)中，從而提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。高中生物學(xué)不同模塊之間的知識(shí)是相互聯(lián)系的。對(duì)于高中生來說，有很多知識(shí)要記住，并且可能會(huì)令其困惑，因此教師可以將模型構(gòu)建過程與高中生物學(xué)課堂教學(xué)有機(jī)地結(jié)合起來。這種有效的整合不僅可以幫助學(xué)生探索更深入的知識(shí)，還可以通過構(gòu)建模型轉(zhuǎn)變學(xué)生的思維方式，從而增加思維的靈活性，并在與小組的合作研究中建立和改善學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作的能力，提升學(xué)生的整體素質(zhì)。

（三）更新教師教學(xué)理念

新的教學(xué)方法的應(yīng)用離不開教師對(duì)教材本身的深入探索。只有熟悉教材，才能靈活地構(gòu)建物理模型并使用物理模型。因此，教師在備課中要深入鉆研教材，理清核心知識(shí)的內(nèi)在聯(lián)系，運(yùn)用建模教學(xué)內(nèi)容，分析和解決相關(guān)的生物學(xué)問題，以提高教學(xué)效果。學(xué)生之間有效的互動(dòng)交流改變了傳統(tǒng)的教學(xué)方法，充分體現(xiàn)了以學(xué)生為主體的新課程理念。

三、物理模型在高中生物教學(xué)中應(yīng)用的現(xiàn)狀

在實(shí)際教學(xué)中，由于面對(duì)高考的壓力，教師或因課時(shí)緊，或因思想意識(shí)上沒有重視，認(rèn)為模型不是非做不可，完成與否對(duì)學(xué)生成績(jī)并無明顯的影響等原因，教師通常不關(guān)注課堂中模型教學(xué)研究，導(dǎo)致學(xué)生模型建構(gòu)思維培養(yǎng)的缺乏。在客觀條件下，教師的教學(xué)方法單一，只用簡(jiǎn)單的語言向?qū)W生解釋理論知識(shí)。這將導(dǎo)致高中生對(duì)抽象知識(shí)的不完全理解。這導(dǎo)致了令人尷尬的局面，教師很難教，學(xué)生很難學(xué)。

四、物理模型在教學(xué)實(shí)踐中的應(yīng)用

模型構(gòu)建的目的最終是為了幫助學(xué)生掌握高中生物學(xué)學(xué)習(xí)中的核心概念，提升學(xué)生運(yùn)用模型的內(nèi)容和原理來解釋某些生物現(xiàn)象并回答生物學(xué)問題。例如，生物膜流動(dòng)鑲嵌模型用于描述分泌蛋白的分泌，白細(xì)胞吞噬細(xì)菌，植物細(xì)胞質(zhì)壁分離和復(fù)原過程中原生質(zhì)層的伸縮以及糖蛋白在細(xì)胞之間交換信息中的作用。

（一）嘗試制作真核細(xì)胞三維結(jié)構(gòu)模型

在學(xué)習(xí)細(xì)胞基本結(jié)構(gòu)這一內(nèi)容時(shí)，教師常采用的方法是借助多媒體課件和課本插圖，引導(dǎo)學(xué)生看圖、記圖，學(xué)生對(duì)真核細(xì)胞的亞顯微結(jié)構(gòu)的整體認(rèn)識(shí)和對(duì)各種細(xì)胞器的結(jié)構(gòu)和功能記憶和理解有欠缺。在教學(xué)中，筆者采取了動(dòng)員學(xué)生課下動(dòng)手制作模型，課上將自己制作的模型介紹給老師和同學(xué)，并進(jìn)行優(yōu)秀模型的評(píng)比和展出活動(dòng)。通過系列活動(dòng)，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，學(xué)生發(fā)揮想象積極嘗試用多種材料來制作模型，呈現(xiàn)出了許多優(yōu)秀作品，例如，用粘土、軟陶、滴膠制作的模型，學(xué)生在向老師的同伴介紹自己的模型時(shí)，能準(zhǔn)確描述出各細(xì)胞器的形態(tài)特征和功能，在課后作業(yè)完成關(guān)于細(xì)胞亞顯微結(jié)構(gòu)的相關(guān)練習(xí)時(shí)準(zhǔn)確率有明顯的提高。

（二）構(gòu)建減數(shù)分裂中染色體變化的模型

減數(shù)分裂是高中生物學(xué)需要重點(diǎn)掌握的知識(shí)之一。盡管每個(gè)物種具有不同的染色體數(shù)目和形狀，但減數(shù)分裂的規(guī)律是相同的，但是在細(xì)胞分裂的過程中，同源染色體具有復(fù)雜的行為，并且染色體數(shù)目會(huì)改變很多次。為此，學(xué)生必須具有強(qiáng)烈的空間想象力。當(dāng)教師講授減數(shù)分裂過程中染色體變化的過程時(shí)，可以引導(dǎo)學(xué)生創(chuàng)建合適的物理模型，以提供更直觀的印象。筆者在教學(xué)中，事先將準(zhǔn)備好的卡紙、剪刀等分發(fā)給學(xué)生，讓學(xué)生分組建模。學(xué)生先動(dòng)手繪制染色體，然后剪切每條染色體并模擬減數(shù)分裂過程中同源染色體變化的動(dòng)態(tài)過程。學(xué)生通過模擬減數(shù)分裂過程中同源染色體的分離和非同源染色體自由組合的過程，使學(xué)生對(duì)減數(shù)分裂過程有了更深入的理解。

（三）構(gòu)建DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)模型

DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)模型是高中生物學(xué)習(xí)中的重點(diǎn)內(nèi)容之一，在課堂教學(xué)中通常有以下兩種構(gòu)建方法。方法一，引導(dǎo)學(xué)生重溫DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)模型構(gòu)建過程的科學(xué)史，沿著科學(xué)家的足跡嘗試構(gòu)建DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，感悟科學(xué)研究中蘊(yùn)含的科學(xué)思想和科學(xué)態(tài)度。方法二，在新課程學(xué)習(xí)之后，引導(dǎo)學(xué)生從三種物質(zhì)（磷酸、脫氧核糖和含氮堿基）、四種基本單位、兩條脫氧核苷酸鏈和一種雙螺旋結(jié)構(gòu)這四個(gè)步驟進(jìn)行DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建，使學(xué)生能夠加深對(duì)DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)的理解。DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建可以幫助學(xué)生理解諸如遺傳信息的存儲(chǔ)，DNA分子多樣性和特異性，DNA分子的復(fù)制，基因與DNA之間關(guān)系，以及基因的表達(dá)等問題。

（四）性狀分離比教學(xué)中物理模型的應(yīng)用

在高中生物學(xué)教學(xué)中，孟德爾遺傳定律是十分重要主干知識(shí)。兩大定律中的分離定律又是自由組合定律的基礎(chǔ)。教材中以假說—演繹法為主線，揭示了分離定律的提出，但是孟德爾提出的假說內(nèi)容較為抽象，為了更好地理解這一內(nèi)容，教師可以在講授分離定律時(shí)引導(dǎo)學(xué)生創(chuàng)建物理模型。每個(gè)小組準(zhǔn)備兩個(gè)小桶，兩個(gè)小桶分別代表雌雄生殖器官，而小桶內(nèi)兩種相同數(shù)量的彩球，分別代表兩種類型的雌雄配子，用不同彩球的隨機(jī)組合模擬雌雄配子的隨機(jī)結(jié)合，學(xué)生在親身參與的過程中，探討遺傳因子的分離、配子隨機(jī)結(jié)合與遺傳結(jié)果的關(guān)系，使抽象的知識(shí)直觀化。

結(jié)語：建構(gòu)模型的方法，是高中課程標(biāo)準(zhǔn)和教材對(duì)學(xué)生提出的高于初中水平的科學(xué)方法和探究能力的要求，在課堂教學(xué)中積極探索并開展建構(gòu)模型的教學(xué)活動(dòng)，對(duì)于學(xué)生發(fā)揮主觀能動(dòng)性，鍛煉和提升學(xué)生的思維品質(zhì)，提高學(xué)生的生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，都有重要的作用。

參考文獻(xiàn)

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