物理模型教學培養(yǎng)高中生生物科學思維的思考

劉勇環(huán)

【摘要】針對學生對遺傳學規(guī)律理解不夠深入的情況，特別是對遺傳過程中出現的各種比例存在混淆，導致學生在解決遺傳相關問題時不能準確作答的問題，教師要和學生一起構建基因自由組合實質的模型，為學生理解基因自由組合的實質找到突破口，在該模型的構建中培養(yǎng)學生的科學思維，有效提升學生的生物核心素養(yǎng)。

【關鍵詞】高中生;模型構建;科學思維;核心素養(yǎng)

“模型構建”主要是希望通過教師的引導，幫助學生自主構建模型，并在此過程中感悟學習生物的科學思維、掌握生物的學習技巧等。而物理模型以實物或圖畫形式直觀地表達認識對象的特征。在新高考的背景下，生物學科對學生的要求不再是要求學生背誦并拿到分數，特別是選考生物的學生來講，更多的是要求學生能夠從科學思維角度出發(fā)，學習并理解知識。因此，教師需要更加關注學生科學思維的培養(yǎng)，一些抽象的知識可以通過建立模型，特別是物理模型滲透到日常教學中，令學生能夠進一步完善理科意識。

普通高中人教版生物《必修二·遺傳與進化》第一章“遺傳因子的發(fā)現”的內容是比較難理解的，兩大遺傳規(guī)律對于學生來說，抽象、難懂。因此，在開展該內容的教學時，借助模型模擬實驗過程，運用模型和建模過程給學生滲入科學探究思維，將虛擬的過程轉化為人人都可理解和觸摸到的現實，將被動接受轉化為主動探究，讓學生在構建模型的實踐中理解，進而找到學習該重難點的方法的突破口。我們的教材僅僅對分離定律進行了模擬，在復習一輪學習的過程中，筆者讓學生模擬自由組合過程中幾種配子比例形成的過程，通過尋找實驗材料、實驗模擬過程的操作以及對實驗結果的數據統計和分析，學生找到重難點的突破口。同時，在該過程中，學生養(yǎng)成解決實際問題的思維習慣和能力。

一、“基因自由組合實質”模型構建

1.材料用具

每組小桶2個，分別標記為A、B;A桶有小球20個，一種標記為Y，一種標記為y，B桶小球也是20個，一種標記為R，一種標記為r;完成第一組實驗后，A桶小球換成性染色體上的等位基因，分別標記為XB、Xb;記錄用的紙和筆。

2.模型構建

用A、B兩個小桶分別代表兩對同源染色體，A、B桶的小球代表等位基因，模擬在減數分裂過程中同源染色體上的等位基因彼此分離，非同源染色體上的非等位基因能夠自由組合。

（1）分組

將全班學生分成五個大組，每組成員6個人。

（2）分裝、標記小球

取A、B兩個小桶，每個小桶內各放小球20個;A桶中的Y小球與y小球各10只，代表常染色體上一對等位基因;B桶中的R小球與r小球各10只，代表另外一對常染色體上等位基因。

（3）混合小球

搖動A、B小桶的球，使桶內小球充分混合。

（4）每1大組各派2個學生分別從代表常染色體的A、B兩個小桶中隨機抓取一個小球，要求學生閉眼進行操作，1個學生記錄該字母組合，這表示兩對常染色體上的非等位基因自由組合，剩余3個學生在旁觀看學習并進行指導。第1小組實驗完成后，A桶小球換成代表性染色體上的等位基因，然后換另外2個學生來抓小球，1個學生記錄下兩個小球的字母組合，這表示常染色體和性染色體上的非等位基因能夠自由組合。

（5）重復實驗，將抓取的小球放回原來的小桶，并充分混合小桶，再按上述方法重復做50～100次（重復次數越多，模擬效果越好）。記錄時，可將四種配子的基因型寫好，以后每抓一次，在不同基因型后以“正”字形式記錄。

（6）計算小球組合。

（7）實驗結論分析實驗結果，在實驗誤差允許的范圍內，師生總結得出合理的結論。

二、選材中發(fā)揮創(chuàng)新精神，提升理性思維

根據模擬實驗的操作目的，教師進行合理引導，參考教科書“性狀分離比模擬實驗”，將全班學生分成5個組，每個組有6人，每組設1個小組長，以小組為單位對該實驗進行討論，然后形成一個方案，各小組組長集合討論選取最佳方案。該過程需要生生合作、小組和小組合作探討，不同小組在該過程中有思維火花的碰撞，同時可以緩沖學生學習理科在感性思維上相對薄弱的問題，特別在新高考背景下，很多文科生選考生物。通過小組方案，筆者發(fā)現學生們取材都有考慮到科學性和簡單性原則。如，模擬的配子選用不同顏色的紅豆、綠豆代替，有的把紙卷起涂上不同顏色代表不同配子，等等。

三、“物理模型”構建過程提升學生的理性思維

理性思維是指尊重事實和證據，崇尚嚴謹和務實的求知態(tài)度，運用科學的思維方法認識事物、解決實際問題的思維習慣和能力。簡單來說，理性思維就是一種建立在證據和邏輯推理基礎上的思維方式。在該模型構建過程中，實操能夠培養(yǎng)學生的邏輯思維，在數據收集時能夠培養(yǎng)學生實事求是的態(tài)度，個別小組的數據跟大數據出現差錯之后能夠引發(fā)他們的思考并且找出原因，從而培養(yǎng)學生的質疑精神。

四、借助“物理模型”構建加深學生的發(fā)散性思維

借助“物理模型”構建，讓學生在構建過程中學會舉一反三并且應用到其它模型的構建過程;在“物理模型”構建時能夠很好地發(fā)揮學生知識遷移和發(fā)散思維的能力。如，各小組討論后選取最佳方案實施，然后在實施過程中，有些學生發(fā)現，只要滿足同源染色體上的等位基因彼此分離，非同源染色體上的非等位基因自由組合。無論這兩對是常染色體還是常染色體與性染色體，產生的都是四種配子，比例都是1：1：1：1。而且，完成第1小組的實驗再完成第2小組的實驗會導致重復的次數過少、數據有很大偏差，所以，將A桶的小球Y和XB，y和Xb標記在同一個小球上。這樣，可以讓2個學生搖球，2個學生隨機抓取小球，2個學生記錄。在這一過程中，學生們的參與度和興致得到大大提升。

通過模型建構，相信學生對于分離和自由組合定律實質的理解更加透徹、知識的穿插點能夠進一步拓展。教師通過以基因自由組合實質的模型構建為例，在培養(yǎng)學生創(chuàng)新精神、提升學生的理性思維和發(fā)散性思維方面有很大進展，有助于幫助學生形成核心素養(yǎng)。因此，教師要進一步拓展其它模型以及推廣使用，幫助學生理解重難點知識。

參考文獻：

[1]房杰.基于生物學科核心素養(yǎng)教學目標的制訂——以“性狀分離比的模擬”實驗為例[J].中學生物教學，2018：34-36.

責任編輯? 羅良英