基于STEAM理念的初中生物學(xué)物理模型建構(gòu)教學(xué)的研究

王艷艷

(江蘇省灌云縣實(shí)驗(yàn)中學(xué) 222200)

傳統(tǒng)的生物教學(xué)模式基本上都是教師在講臺(tái)上傳授知識(shí)，學(xué)生在座位上被動(dòng)地接受知識(shí).而在生物教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手操作能力是非要重要的，傳統(tǒng)的教學(xué)模式卻很難達(dá)到這一目的.而建構(gòu)模型就是讓學(xué)生直觀地感知知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際操作能力，STEAM理念是集科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)、數(shù)學(xué)多領(lǐng)域融合的綜合教育.所以在初中生物教學(xué)中基于STEAM理念建構(gòu)物理模型，旨于培養(yǎng)學(xué)生生物核心素養(yǎng)，進(jìn)而培養(yǎng)為綜合型的創(chuàng)新人才.

一、物理模型的概述

在初中生物學(xué)中構(gòu)建模型，是將生物學(xué)所研究的對(duì)象，去掉不必要的細(xì)枝末節(jié)，將最原始、最本質(zhì)東西概括并描述出來(lái).這種模型可以是定性的，也可以是定量的；有的借助具體的事物或者其他形象化的手段，有的則通過(guò)抽象的形式來(lái)表達(dá).生物教學(xué)中模型構(gòu)建一般主要可以分為概念模型、數(shù)學(xué)模型、物理模型三大類(lèi).而物理模型是以實(shí)物或者圖畫(huà)的形式直觀地向?qū)W生呈現(xiàn)認(rèn)識(shí)對(duì)象的特征.物理模型具有直觀性、具體性，更便于初中學(xué)生對(duì)生物學(xué)的理解，是初中生物教學(xué)中比較常用的一種模型，這種模型有利于培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散思維、想象力等綜合能力.例如沃森和克里克制作的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型就是采用生物學(xué)中的物理模型.本文也將著重探討建構(gòu)物理模型在初中生物教學(xué)中的作用和應(yīng)用.

二、物理模型在初中生物中的作用

1.促進(jìn)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)

傳統(tǒng)的教學(xué)模式側(cè)重于教師主導(dǎo)課堂，教師按照課本上羅列的知識(shí)點(diǎn)根據(jù)自己的理解傳授給學(xué)生，而學(xué)生只是被動(dòng)地接受教師的教學(xué).知識(shí)不是學(xué)生通過(guò)自主探究、自主學(xué)習(xí)得到的，所以學(xué)生對(duì)這些知識(shí)的理解和記憶也是有限的.而物理建模是通過(guò)實(shí)物或者圖片呈現(xiàn)研究對(duì)象的本質(zhì)特征，學(xué)生在物理建模的過(guò)程中需要思考如何建構(gòu)一個(gè)具體的物理模型來(lái)概括理論的知識(shí)點(diǎn)，這提升了學(xué)生的探索能力.而且物理建模是一個(gè)創(chuàng)造性的過(guò)程，學(xué)生需要自己分析生物知識(shí)，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題然后通過(guò)建構(gòu)物理模型解決問(wèn)題.由此可見(jiàn)，在初中生物教學(xué)中讓學(xué)生建構(gòu)物理模型，可以培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力.

2.促進(jìn)學(xué)生的思維發(fā)展

在生物學(xué)建構(gòu)物理模型的過(guò)程中，需要學(xué)生思考從不同的角度、往不同的方向?qū)で蠼鉀Q問(wèn)題的方法.在發(fā)散的思維中尋找最直接、最確切的物理模型構(gòu)建有效的新的知識(shí)體系.首先教師可以讓學(xué)生通過(guò)溝通交流，自主構(gòu)建合適的物理模型，讓學(xué)生自動(dòng)思考、積極參與，培養(yǎng)學(xué)生的知識(shí)歸納和實(shí)踐能力.然后可以讓學(xué)生分享自己建構(gòu)的物理模型，教師可以用更專(zhuān)業(yè)的語(yǔ)言進(jìn)行補(bǔ)充，為師生共同探究、互相合作創(chuàng)造契機(jī).在整個(gè)過(guò)程中，學(xué)生的思維一直很活躍，可見(jiàn)，在生物課堂上構(gòu)建物理模型，可以促進(jìn)學(xué)生思維能力的發(fā)展.

3.提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)

初中生物教學(xué)中應(yīng)用模型主要就是培養(yǎng)學(xué)生能夠?qū)⑸锢碚撝R(shí)通過(guò)應(yīng)用模型解決實(shí)際生活中遇到的問(wèn)題.要求學(xué)生能夠?qū)⒗碚撆c實(shí)際聯(lián)系起來(lái)，學(xué)以致用.在建構(gòu)物理模型的過(guò)程中，學(xué)生需要對(duì)所學(xué)的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行歸納和概括，提煉出知識(shí)的本質(zhì)含義，然后應(yīng)用物理模型解決實(shí)際生產(chǎn)生活中遇到的問(wèn)題，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng).在應(yīng)用模型解決問(wèn)題的過(guò)程中，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是的精神，讓學(xué)生對(duì)人類(lèi)、對(duì)大自然、對(duì)社會(huì)有一個(gè)更深入的了解，形成熱愛(ài)生命、愛(ài)護(hù)大自然、保護(hù)環(huán)境的情感.

三、物理模型的在初中生物中的應(yīng)用

1.展示實(shí)物

實(shí)物模型是教師在講解生物知識(shí)的時(shí)候，可以引導(dǎo)學(xué)生一起尋找一個(gè)可以輔助這堂課進(jìn)行的實(shí)物，讓學(xué)生直觀地、準(zhǔn)確地學(xué)習(xí)和理解新學(xué)的知識(shí)點(diǎn).

例如，對(duì)“認(rèn)識(shí)種子的主要結(jié)構(gòu)”這一知識(shí)點(diǎn)的物理模擬建構(gòu).種子的主要結(jié)構(gòu)對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)是比較抽象的概念.為了讓學(xué)生直觀地了解種子的主要結(jié)構(gòu)和不同植物種子的結(jié)構(gòu)是否一致，教師可以引導(dǎo)學(xué)生在這節(jié)課上建構(gòu)物理模型中的實(shí)物模型，通過(guò)實(shí)物認(rèn)識(shí)種子的結(jié)構(gòu).具體實(shí)驗(yàn)所需要的材料有浸軟的菜豆種子和玉米種子、培養(yǎng)皿、刀片、放大鏡、碘液等等.先讓學(xué)生對(duì)菜豆種子和玉米種子的外觀進(jìn)行觀察，讓學(xué)生分享自己觀察到的外部結(jié)構(gòu).然后再讓學(xué)生自主通過(guò)課本和教師的講解的方法，完成對(duì)菜豆和玉米種子觀察與解剖，剖開(kāi)之后可以發(fā)現(xiàn)菜豆種子有兩片子葉、胚芽、胚根、胚軸和種皮.而玉米種子有胚芽、胚根、胚軸和種皮，只有一片子葉，除了有上述物質(zhì)之外，玉米種子還有菜豆種子沒(méi)有的胚乳，胚乳中貯存大量養(yǎng)料，包括淀粉，這也就是為什么菜豆種子遇碘液不變色，而玉米種子會(huì)變藍(lán)的原因.通過(guò)實(shí)物模型的展示，學(xué)生通過(guò)具體的種子實(shí)物對(duì)種子的結(jié)構(gòu)有了更深刻、更直接地認(rèn)識(shí).

2.模擬過(guò)程

模擬模型是讓學(xué)生自己動(dòng)手將生物學(xué)中的知識(shí)用一個(gè)模擬的模型呈現(xiàn)出來(lái)，通過(guò)模擬模型，學(xué)生能清楚地了解知識(shí)的原貌和本質(zhì)，找到知識(shí)的突破點(diǎn).模擬模型能夠很好地還原事物本質(zhì)，有利于促進(jìn)學(xué)生打破教學(xué)設(shè)施不足的限制，最大化探究生物知識(shí)與奧秘.

例如，在學(xué)習(xí)植物細(xì)胞的結(jié)構(gòu)的時(shí)候，為了讓學(xué)生對(duì)植物細(xì)胞有更清楚地理解和認(rèn)識(shí)，教師可以讓學(xué)生根據(jù)書(shū)本上對(duì)植物細(xì)胞的介紹，自己動(dòng)手制作一個(gè)植物細(xì)胞模擬模型.可以用到塑料盒、塑料袋、核桃、有顏色的水和無(wú)顏色的水、氣球、大米粒等等，然后讓學(xué)生根據(jù)自己對(duì)植物細(xì)胞的理解，利用所擁有的材料制作一個(gè)植物細(xì)胞模擬模型，可以用一次性的塑料盒當(dāng)作植物細(xì)胞的細(xì)胞壁，用塑料袋當(dāng)作植物細(xì)胞的細(xì)胞膜，核桃當(dāng)作細(xì)胞核，無(wú)顏色的清水當(dāng)作細(xì)胞質(zhì)，再將氣球裝水作為植物細(xì)胞的液泡，有顏色的水充當(dāng)細(xì)胞液，用米粒當(dāng)作線粒體.這樣，一個(gè)完整的植物細(xì)胞的細(xì)胞模型就制作完成了.制作完成之后還可以讓學(xué)生展示自己制作成果.在制作植物細(xì)胞模擬模型的過(guò)程中，學(xué)生可以清楚地了解到植物中液泡的形態(tài)，線粒體的具體位置.通過(guò)制作模擬模型之后，學(xué)生再根據(jù)自己所制作的模型和大家分享自己對(duì)植物細(xì)胞的理解.這樣一來(lái)，學(xué)生對(duì)這個(gè)知識(shí)點(diǎn)掌握就會(huì)更加透徹.

又如在學(xué)習(xí)“染色體結(jié)構(gòu)”的時(shí)候，教師可以引導(dǎo)學(xué)生利用回形針、橡皮泥、彩筆、紙條等材料，將染色體這一抽象的物體轉(zhuǎn)化為具體的模型，讓學(xué)生直觀地認(rèn)識(shí)染色體的具體形態(tài).具體操作將回形針串成兩串作為染色體的載體，然后將橡皮泥搓成小球，作為染色體上的蛋白質(zhì)，在紙條上涂上不同顏色的色塊代表染色體上不同的基因，最后將兩張紙條卷成螺旋形，纏繞在串成的兩串小球上.螺旋形的紙條就代表DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)，兩串帶紙條的結(jié)構(gòu)就代表一對(duì)染色體.學(xué)生在制作染色體模型的過(guò)程中，對(duì)染色體中比較抽象難懂的知識(shí)有了具體的認(rèn)識(shí)，認(rèn)識(shí)到染色體和染色體中的基因是成對(duì)出現(xiàn)的，而DNA是鏈狀雙螺旋結(jié)構(gòu).

3.展示圖畫(huà)

圖畫(huà)模型比較簡(jiǎn)單，很多教材中就大量使用了圖畫(huà)模型輔助教學(xué).圖畫(huà)模型主要就是通過(guò)圖片呈現(xiàn)生物教學(xué)中的一些結(jié)構(gòu)模型.這類(lèi)模型呈現(xiàn)給學(xué)生有助于幫助學(xué)生理解課本上比較理論性的知識(shí).

例如“神經(jīng)系統(tǒng)的組成”，學(xué)生需要了解神經(jīng)系統(tǒng)的組成部分,神經(jīng)元的結(jié)構(gòu)和功能，但是神經(jīng)元對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)不僅抽象而且難懂，但是書(shū)本上詳細(xì)介紹了神經(jīng)元的組成部分，并且附帶了一張圖片給學(xué)生呈現(xiàn)了神經(jīng)元的具體形態(tài)和組成部分，神經(jīng)元即神經(jīng)細(xì)胞，是神經(jīng)系統(tǒng)最基本的結(jié)構(gòu)和功能單位.分為細(xì)胞體和突起兩部分.利用圖片的直觀性和便利性，建構(gòu)圖畫(huà)模型能夠讓學(xué)生對(duì)生物知識(shí)的理解更深刻.

綜上所述，建構(gòu)物理模型在初中生物教學(xué)的應(yīng)用的十分廣泛，也十分重要.在初中生物教學(xué)的過(guò)程中應(yīng)該基于STEAM理念引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)物理模型，幫助學(xué)生系統(tǒng)地學(xué)習(xí)和理解新的知識(shí)和概念，提高生物課堂教學(xué)的效率，提高學(xué)生的生物核心素養(yǎng).在運(yùn)用物理模型的生物課堂上，學(xué)生是學(xué)習(xí)的主體，學(xué)習(xí)主動(dòng)探索和發(fā)現(xiàn)知識(shí)，促進(jìn)學(xué)生思維的發(fā)展，也培養(yǎng)了學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，讓學(xué)生學(xué)會(huì)運(yùn)用理論知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題.