幾種簡單物理模型構(gòu)建的介紹

陸曉金

（昆山開發(fā)區(qū)青陽港學(xué)校 江蘇蘇州 215300）

《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》強(qiáng)調(diào)了科學(xué)思維的培養(yǎng)與建立。其中，模型作為一種思維與認(rèn)識的手段，是一個(gè)思維與行為相統(tǒng)一的過程。教師利用模型構(gòu)建的研究推動(dòng)教學(xué)，有利于學(xué)生借助模型來獲取、拓展和深化對知識的認(rèn)識和掌握。高中新教材中對模型的定義為：“人們?yōu)榱四撤N特定的目的而對認(rèn)識的對象所作的一種簡化的概括性的描述，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)，并將模型的形式分為物理模型、概念模型和數(shù)學(xué)模型等”。對于初中生物學(xué)，亦是如此，模型構(gòu)建可以鍛煉學(xué)生的操作能力，使學(xué)生在動(dòng)手與思考的過程中培養(yǎng)科學(xué)的思維，在交流與分享的過程中達(dá)到知識的共享與互補(bǔ)，為高效的課堂奠定一定的發(fā)展基礎(chǔ)。下面介紹幾種簡單物理模型的構(gòu)建方法，以此提升課堂效率。

1 房室瓣模型的構(gòu)建

1.1 材料

透明塑料瓶、剪刀、奶嘴、熱熔膠。

1.2 實(shí)驗(yàn)原理與效果

先用剪刀在奶嘴口開一個(gè)小十字，不用過大，再剪去塑料瓶的頂部與底部，留下中間塑料圓柱狀部分，然后用熱熔膠將奶嘴固定在其正中間，如圖1所示。

圖1 房室瓣模型

接著，將奶嘴口一端朝下，上面注滿清水，可以觀察到由于重力勢能的緣故，壓迫十字打開，水會(huì)一滴一滴的往下流，此時(shí)模擬房室瓣打開血液從心房流入心室。再將奶嘴口朝上，同樣注滿清水，淹沒奶嘴口，發(fā)現(xiàn)由于奶嘴的形狀，降低了重力勢能對其的壓力，十字口未打開，此時(shí)模擬房室瓣有防止血液倒流的功能。

2 聽覺形成模型的構(gòu)建

2.1 材料

剪刀、手機(jī)支架、注射器、透明塑料瓶、橡皮膜、火柴棒、細(xì)線、超輕黏土。

2.2 實(shí)驗(yàn)原理與效果

組裝之前做好準(zhǔn)備工作：用剪刀將透明塑料瓶剪成3段，去除底部，留下尖端與中間部分；取出注射器的活塞，留下空筒，將頂部切除，用橡皮膜包裹住，并在正中間粘上火柴棒；用超輕黏土制作一個(gè)小球，并用細(xì)線相連，系在手機(jī)支架處，按圖2所示順序，將以上結(jié)構(gòu)依次連接。

圖2 聽覺形成過程模型

塑料瓶漏斗狀的尖端模擬耳郭，注射器空筒模擬外耳道，橡皮膜模擬鼓膜，火柴棒模擬聽小骨，超輕黏土捏成的小球模擬耳蝸，細(xì)線模擬聽神經(jīng)。對準(zhǔn)塑料瓶漏斗狀尖端持續(xù)發(fā)出“喂喂喂喂”的聲音，通過其收集，經(jīng)過空筒（模擬外耳對聲音的收集作用），到達(dá)橡皮膜引起振動(dòng)，經(jīng)過火柴棒傳遞到小球，使其擺動(dòng)（模擬鼓膜振動(dòng)，經(jīng)聽小骨的傳遞，刺激耳蝸，產(chǎn)生神經(jīng)沖動(dòng)），再經(jīng)細(xì)線（聽神經(jīng)）傳遞到大腦，產(chǎn)生聽覺。該教具的構(gòu)建與模擬可以使學(xué)生深刻理解“外耳集音、中耳傳音、內(nèi)耳感音”的功能。

3 屈肘伸肘模型的構(gòu)建

3.1 材料

小木棍、橡皮筋、膠帶。

3.2 實(shí)驗(yàn)原理與效果

如圖3所示，用膠帶將兩根木棍連接起來，模擬肘關(guān)節(jié)，再分別固定兩根橡皮筋，模擬肱二頭肌與肱三頭肌。向上運(yùn)動(dòng)木棍A，模擬屈肘，此時(shí)橡皮筋分別處于收縮與舒張狀態(tài)；模擬肱二頭肌與肱三頭肌的收縮與舒張，向下運(yùn)動(dòng)木棍A，結(jié)果則相反。此結(jié)構(gòu)雖然簡單，但能形象地表現(xiàn)出肉眼所看不見的肌肉運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，可以使學(xué)生更好地理解人體的運(yùn)動(dòng)并不是單一的肌肉或骨就能完成的，是需要多方面協(xié)調(diào)而共同完成的。

圖3 屈肘伸肘模型

4 鳥類雙重呼吸模型的三次構(gòu)建

4.1 三次構(gòu)建所需材料

①大氣球、小氣球、膠水、打氣筒、剪刀。

②橡皮手套、打氣筒。

③一副橡皮手套、Y型玻璃管、打氣筒、透明輸液軟管、流速調(diào)節(jié)器。

4.2 實(shí)驗(yàn)原理與效果

①大的氣球周圍連接上數(shù)個(gè)小氣球，大氣球模擬的是一個(gè)肺，小氣球則模擬肺周圍的氣囊，如圖4A所示。通過打氣與放氣模擬鳥類的吸氣與呼氣，能初步將雙重呼吸的概念呈現(xiàn)在學(xué)生面前，學(xué)生對其有簡單的認(rèn)識。但是，在制作的過程中，先在大氣球上剪幾個(gè)小口，再把小氣球的頭部塞入并用膠水粘住，這樣會(huì)導(dǎo)致打氣的時(shí)候部分連接處漏氣，氣體不能進(jìn)入小氣球中，影響模型的建構(gòu)，影響學(xué)生對概念的學(xué)習(xí)，需對模型進(jìn)行改進(jìn)，重新建構(gòu)。

②橡皮手套的手掌部分模擬肺，手指部分模擬氣囊，如圖4B所示。模型建構(gòu)的材料選擇發(fā)生變化，改為橡皮手套，手掌部分模擬肺，手指部分模擬氣囊，兩者在材料上作為一個(gè)整體，很好地解決了兩者連接處漏氣的問題。學(xué)生在演示的時(shí)候會(huì)比較順利，能基本了解氣囊是用來儲(chǔ)存氣體的。但是，橡皮手套的開口略大，當(dāng)其充滿氣體給學(xué)生展示時(shí)，教師需要用手捏住開口或橡皮管。這樣不能解放雙手，且易漏氣，因此，還需要再次改進(jìn)模型，優(yōu)化概念教學(xué)。

③橡皮手套的手掌部分模擬肺，手指部分模擬氣囊，Y型玻璃管模擬氣管與支氣管，輸液管連接流速調(diào)節(jié)器，與橡皮手套開口處相連，如圖4C所示。在上次建構(gòu)的模型基礎(chǔ)上，加了一根帶流速調(diào)節(jié)器的輸液管，這樣可以解決模擬吸氣與呼氣狀態(tài)下的靜止畫面，從而解放教師雙手，給予學(xué)生更充分的時(shí)間進(jìn)行觀察，從而更好地理解雙重呼吸的概念。增加了一只橡皮手套，模擬鳥類的左右兩肺，Y型玻璃管模擬氣管與支氣管，使結(jié)構(gòu)更加完整，突出結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的觀念。

圖4 鳥類雙重呼吸模型的建構(gòu)過程

在生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課堂上讓學(xué)生形成并發(fā)展生命觀念，需要落實(shí)在每節(jié)課上，對于教師來說任重而道遠(yuǎn)。教師備課3次，3次改進(jìn)“雙重呼吸”模型的建構(gòu)，優(yōu)化了概念教學(xué)，使學(xué)生對重要知識能理解透徹，從而達(dá)到提高課堂效益的目的。

5 神經(jīng)元結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建

5.1 材料

電線、剪刀、化學(xué)分子結(jié)構(gòu)模型。

5.2 實(shí)驗(yàn)原理與效果

首先利用化學(xué)分子結(jié)構(gòu)模型來構(gòu)建，按照圖5所示順序連接好，中間的分子球模擬細(xì)胞體，與分子球相連的連接棒模擬突起，與電線外皮相連的連接棒模擬軸突，其余連接棒模擬樹突，電線外皮模擬髓鞘，兩者結(jié)合模擬神經(jīng)纖維。接著，用剪刀剪去一部分電線外皮，露出銅絲，將銅絲按照如圖6所示，捏成神經(jīng)元細(xì)胞體的形狀，銅絲的分支模擬神經(jīng)末梢。教師利用一些生活中的材料，讓學(xué)生在建模的過程中，完成了新知的學(xué)習(xí)，鍛煉了動(dòng)手操作的能力，以促進(jìn)學(xué)生形成科學(xué)的思維方式。

圖5 神經(jīng)元結(jié)構(gòu)模型一

圖6 神經(jīng)元結(jié)構(gòu)模型二

6 反思

模型構(gòu)建是一種有效的教學(xué)手段，教師應(yīng)多從學(xué)生的認(rèn)知水平與生活實(shí)際出發(fā)，利用現(xiàn)實(shí)生活中常見、易得的材料，構(gòu)建與開發(fā)學(xué)生能接受、易理解的模型，將知識簡單地呈現(xiàn)給學(xué)生，使之更容易被理解與運(yùn)用。在課堂構(gòu)建之前，教師應(yīng)提前做好預(yù)實(shí)驗(yàn)，在課前計(jì)算好構(gòu)建所需的大致時(shí)間，以便更好地把控課堂活動(dòng)的節(jié)奏。雖然模型構(gòu)建有利于課堂教學(xué)的進(jìn)行，但這并不能作為教學(xué)的全部。教師應(yīng)結(jié)合具體的教學(xué)內(nèi)容，采用小組討論、角色扮演、模擬游戲等多種不同的教學(xué)策略和方法，達(dá)成教學(xué)目標(biāo)，達(dá)到師生交流、共同發(fā)展與提高的目的。