聚焦創(chuàng)新思維的物理模型在生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

吳莉君

摘要：高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的重要陣地，為了讓學(xué)生通過嘗試建立物理模型，體驗(yàn)建立物理模型中的思維過程，并獲得或鞏固有關(guān)生物學(xué)概念。本文結(jié)合案例，適當(dāng)改進(jìn)書本部分實(shí)驗(yàn)的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法，引導(dǎo)學(xué)生做好模型的設(shè)計(jì)，盡可能注意物理模型的科學(xué)性和實(shí)用性，通過培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維來促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)造能力的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：物理模型;生物實(shí)驗(yàn)教學(xué);創(chuàng)新思維

中圖分類號(hào)：G633.91 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1992-7711（2021）07-095

在高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，物理模型的建構(gòu)已成為一種重要的傳授知識(shí)手段，不僅需要學(xué)生了解模型的應(yīng)用，還注重學(xué)生的建模能力和建模思維的訓(xùn)練，這給教師的素質(zhì)提出了新的要求。

學(xué)生在構(gòu)建物理模型的過程中，不可避免地會(huì)面對(duì)困惑、失敗，但學(xué)習(xí)的目的不僅在于知識(shí)的積累，還在于使身心得到錘煉和發(fā)展。因而在大力倡導(dǎo)核心素養(yǎng)的今天，我們要認(rèn)真領(lǐng)會(huì)新課本的精神，增強(qiáng)對(duì)學(xué)生創(chuàng)新思維的培養(yǎng)，利用現(xiàn)有的資源和條件豐富學(xué)生的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，在做中學(xué)，在學(xué)中思，提升學(xué)生的自主探究意識(shí)和探究能力等，從而促進(jìn)教師與學(xué)生的交流合作，提高生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量。

一、物理模型在高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是促成學(xué)生達(dá)到生物學(xué)核心素養(yǎng)的重要支撐。理解物理模型和領(lǐng)悟物理模型制作方法是實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的重要內(nèi)容之一，目的是讓學(xué)生通過嘗試建立物理模型，體驗(yàn)建立物理模型中的思維過程，并獲得或鞏固有關(guān)生物學(xué)概念。比如“DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型制作”這一內(nèi)容，筆者在教學(xué)過程中通過課前準(zhǔn)備，小組合作探究模型制作，師生交流、改正，模型展示評(píng)價(jià)等方面取得了良好的效果。

1.課前準(zhǔn)備

教師先將全班50名同學(xué)分成8個(gè)學(xué)習(xí)小組，每組6或7人。準(zhǔn)備好以下材料：8套打印的DNA活動(dòng)剪貼圖、不同顏色的A4塑料板、橡皮泥、雙面膠、訂書釘、毛線、木棍、繩和鐵絲等。其中有些材料是經(jīng)過學(xué)生們多次探討后逐漸加入進(jìn)去的。

2.制作DNA結(jié)構(gòu)的物理模型

（1）布置任務(wù)。

教師向?qū)W生提出目標(biāo)任務(wù)：每組制作1個(gè)含15個(gè)堿基對(duì)的DNA片段，看哪個(gè)小組制作得科學(xué)合理，哪個(gè)小組制作的模型有創(chuàng)意，組織學(xué)生對(duì)照知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行自學(xué)，發(fā)現(xiàn)問題并且嘗試解決問題。

（2）討論設(shè)計(jì)物理模型。

在討論的過程中，要引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)自己思考。要讓學(xué)生自己說出各個(gè)組件的形狀和數(shù)量，以及每種組件所采用形狀的具體含義。比如磷酸基團(tuán)是什么形狀的？脫氧核糖是幾邊形，每條邊代表什么含義？等問題，需要學(xué)生學(xué)習(xí)了解的知識(shí)就可以穿插在討論的過程中，讓學(xué)生在討論中不知不覺地記住一些重要知識(shí)點(diǎn)。

（3）合作制作物理模型。

教師可建議每組按照按討論設(shè)計(jì)的圖實(shí)施以下操作：①選擇適宜的材料分別制成磷酸基團(tuán)、脫氧核糖、4種堿基;②選擇恰當(dāng)?shù)牟牧洗須滏I、磷酸二酯鍵、氫鍵將磷酸基團(tuán)、脫氧核糖、堿基組合在一起;③選擇適宜的材料來作為DNA的骨架連接物以便構(gòu)建DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型。

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)過程中，教師要注意觀察學(xué)生實(shí)驗(yàn)時(shí)的細(xì)節(jié)，比如碳原子拼接是否正確，氫鍵的數(shù)量是否正確，教師應(yīng)該現(xiàn)場(chǎng)及時(shí)糾正，讓學(xué)生們沿著正確的思路互相討論，在討論中學(xué)會(huì)思考，在討論中學(xué)到知識(shí)，得出結(jié)論。

3.展示物理模型，師生交流評(píng)價(jià)

物理模型制作好后，可以讓同學(xué)們互相參觀其他小組制作的模型。教師可以從以下幾個(gè)方面引導(dǎo)小組成員進(jìn)行交流展示：

（1）制作方法：每個(gè)小組制作的模型各有不同，每個(gè)小組的每個(gè)學(xué)生在制作模型的過程中，總能迸發(fā)出智慧的點(diǎn)子。要引導(dǎo)學(xué)生們多思考，多比較，看看自己小組的制作方法是否還有改進(jìn)的空間。

（2）小組之間如何分工：每個(gè)學(xué)生都有自己獨(dú)特的一面，有的理論知識(shí)比較扎實(shí)，在制作模型的過程中能隨時(shí)找到問題的答案;有的動(dòng)手能力比較強(qiáng)，可以用心靈手巧來描述這類學(xué)生;有的溝通能力比較好，能協(xié)調(diào)好本小組的成員快速完成物理模型的搭建。這就需要每個(gè)小組成員之間多溝通，找到對(duì)方的優(yōu)點(diǎn)，通力合作，共同快速、完美的完成自己小組的任務(wù)。

（3）小組制作模型時(shí)遇到的問題是如何解決的：在制作DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型時(shí)，遇到的問題還是挺多的，需要同學(xué)們互相交流，把遇到的問題講出來，以及怎么解決問題的方法也講出來，這樣可以幫助其他小組在以后的實(shí)驗(yàn)中遇到同樣的問題時(shí)能及時(shí)地解決。

（4）該模型有哪些亮點(diǎn)：老師要引導(dǎo)學(xué)生勇敢的進(jìn)行評(píng)價(jià)和自我評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)其他小組的模型，找到的優(yōu)點(diǎn)自己小組可以在以后的實(shí)驗(yàn)中引用，找到的缺點(diǎn)也可以在以后的實(shí)驗(yàn)中及時(shí)避免。

4.總結(jié)

在整個(gè)改進(jìn)和創(chuàng)新的過程中，同學(xué)們的熱情始終不減，每當(dāng)一個(gè)新的點(diǎn)子提出并付諸實(shí)施時(shí)，他們的臉上都洋溢著滿滿的自豪感。哪怕以前對(duì)生物課沒什么興趣的同學(xué)，也被徹底的調(diào)動(dòng)起積極性。經(jīng)過大家的不懈努力，同學(xué)們最后完成的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型具有如下亮點(diǎn)：

（1）更加體現(xiàn)出DNA雙螺旋的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，每一個(gè)細(xì)微之處都是一處知識(shí)點(diǎn)，在制作的過程中，同學(xué)們顯現(xiàn)出來的嚴(yán)謹(jǐn)態(tài)度使得這次實(shí)驗(yàn)課更加突出科學(xué)性;

（2）最后制作完成的雙螺旋結(jié)構(gòu)物理模型更加突出實(shí)用性，整個(gè)模型便于拆卸和保存，在以后需要用到的時(shí)候能夠反復(fù)使用;

（3）物理模型的制作要考慮成本，最后成功完成的物理模型成本低廉，制作方便，在其他班級(jí)或其他學(xué)校具有很好的推廣性;

（4）同學(xué)們?cè)谥谱鬟^程中，積極參與，自己動(dòng)手，遇到問題時(shí)互相討論，并不因?yàn)槔щy而退縮，也不因?yàn)椴畈欢喽鴮⒕停@充分體現(xiàn)了同學(xué)們?cè)趯?shí)驗(yàn)過程中的嚴(yán)謹(jǐn)性;

（5）激發(fā)同學(xué)們的創(chuàng)新思維，開始我準(zhǔn)備讓同學(xué)們制作物理模型時(shí)，只考慮了彩紙、膠帶和扭扭棒，至于后面使用到的A4塑料片、標(biāo)簽貼紙和鐵絲等其他組件都是同學(xué)們自己想出來的主意。經(jīng)過這次實(shí)驗(yàn)課，同學(xué)們的創(chuàng)新思維讓我大吃一驚。在以后的生物教學(xué)中，讓我更加堅(jiān)定信心，充分挖掘他們的創(chuàng)造力。

二、對(duì)物理模型在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中研究?jī)r(jià)值的思考

筆者認(rèn)為，聚焦創(chuàng)新思維的物理模型在生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用，從區(qū)域?qū)用孢M(jìn)行實(shí)踐探索，形成高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)整體改革的有益經(jīng)驗(yàn)并推廣輻射，具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。其研究?jī)r(jià)值和意義主要體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：

1.豐富“創(chuàng)新思維”的內(nèi)涵

教育的根本目標(biāo)是人的發(fā)展，根本任務(wù)也是為了人的發(fā)展，而生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維和實(shí)踐能力的重要渠道，直接指向人的發(fā)展。因此，通過物理模型在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的研究，在理論上可以進(jìn)一步豐富“創(chuàng)新思維”的內(nèi)涵。

2.彰顯“物理模型”在生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)的作用

隨著新課改的不斷深入，生物實(shí)驗(yàn)的重要性越來越突出。但當(dāng)前生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)仍存在很多問題，試驗(yàn)時(shí)，學(xué)生對(duì)照課本步驟，按部就班，機(jī)械地做實(shí)驗(yàn)而不主動(dòng)參與設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。因而要實(shí)現(xiàn)真正的全面素質(zhì)教育，生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)需要整體化改革實(shí)踐，在高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，學(xué)生主動(dòng)參與、思考探索，通過對(duì)物理模型的設(shè)計(jì)、建構(gòu)等研究，有利于培養(yǎng)自身的創(chuàng)新思維。這將優(yōu)化學(xué)生的學(xué)習(xí)方法，提高自身綜合素養(yǎng)。

但是怎么構(gòu)建物理模型？在構(gòu)建物理模型的過程中要注意哪些問題？這些都需要我們一一思考。通過構(gòu)建“DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)”物理模型的成功案例，分析如下：

第一，明確構(gòu)建物理模型的目的。構(gòu)建物理模型的目的是為了讓學(xué)生更容易理解實(shí)驗(yàn)中一些抽象的知識(shí)點(diǎn)。所以構(gòu)建物理模型要注重細(xì)節(jié)，往往一個(gè)微不足道的細(xì)節(jié)就是一個(gè)難以理解的知識(shí)點(diǎn)。這就要求我們自己動(dòng)手，不能光憑實(shí)驗(yàn)室提供的材料來制作物理模型。

第二，學(xué)生在構(gòu)建物理模型的過程中，不可避免地會(huì)遇到一些困惑和失敗，但學(xué)習(xí)的目的不僅在于知識(shí)的積累，還在于使身心得到錘煉和發(fā)展。老師在這個(gè)過程中需要提供支持和鼓勵(lì)。

第三，巧設(shè)問題，構(gòu)建物理模型。比如本論文提到的構(gòu)建“DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)”物理模型的過程中，老師要精心策劃學(xué)生小組討論一些問題。比如①單體——脫氧核苷酸模型的設(shè)計(jì);②一條脫氧核苷酸長(zhǎng)鏈模型的設(shè)計(jì);③DNA雙鏈模型的設(shè)計(jì);④如何構(gòu)建DNA的雙螺旋物理模型？

第四、在此次構(gòu)建“DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)”物理模型的過程中，也遇到了一些困難和不足。實(shí)驗(yàn)過程中太過于強(qiáng)調(diào)鋪設(shè)，有可能會(huì)限制學(xué)生的創(chuàng)新思維;在實(shí)驗(yàn)開始前的講解過程中，有些學(xué)生知識(shí)點(diǎn)掌握不準(zhǔn)確，完成任務(wù)時(shí)欠思考，表述混亂，浪費(fèi)了不少時(shí)間。遇到困難不可怕，關(guān)鍵要找到困難和不足的癥結(jié)所在，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)。

綜上所述，聚焦創(chuàng)新思維的物理模型在生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用是巨大的。物理模型的構(gòu)建不是照抄書本，需要教師結(jié)合學(xué)生實(shí)際，適當(dāng)改進(jìn)高中生物的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法，明確實(shí)驗(yàn)教學(xué)中要注重培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維。通過培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維來促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)造能力的發(fā)展。

（基金項(xiàng)目：南通市教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃專項(xiàng)課題《以培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維品質(zhì)為導(dǎo)向的高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐研究》No.QN2020054）

（作者單位：海安市曲塘中學(xué)，江蘇 海安226500）