淺談構(gòu)建物理模型在提高高中生物有效性教學(xué)的應(yīng)用

1、淺談構(gòu)建物理模型在提高高中生物有效性教學(xué)的應(yīng)用海南省洋浦中學(xué) 魏成湘摘要：本文通過(guò)對(duì)模型構(gòu)建在當(dāng)前高中生物中教學(xué)過(guò)程中應(yīng)用的現(xiàn)狀分析，得出構(gòu)建物理模型對(duì)于提高生物課堂的有效性教學(xué)意義重大。通過(guò)對(duì)高中生物教材中能運(yùn)用構(gòu)建模型進(jìn)行有效性教學(xué)的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行歸納總結(jié)，得出該教學(xué)方法可以在近40個(gè)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行廣泛運(yùn)用。并通過(guò)對(duì)利用廢棄材料構(gòu)建生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型的實(shí)踐應(yīng)用，總結(jié)出在生物教學(xué)中構(gòu)建物理模型的方法。關(guān)鍵詞：物理模型；高中生物；有效性教學(xué)；應(yīng)用1. 引言1.1 物理模型概述模型，是人們?yōu)榱四撤N特定目的而對(duì)認(rèn)識(shí)對(duì)象做的一種簡(jiǎn)化的概括性描述，它的形式有很多，包括物理模型、概念模型以及數(shù)學(xué)模型等

2、。其中以實(shí)物或圖畫形式直觀地表達(dá)認(rèn)識(shí)對(duì)象的特征，這種模型稱之為物理模型1。而在生物學(xué)教學(xué)過(guò)程中，目前應(yīng)用最多的就是物理模型。1.2 現(xiàn)今高中生物教學(xué)過(guò)程中存在的問(wèn)題現(xiàn)今由于多媒體教學(xué)技術(shù)的發(fā)展，在高中生物課堂中更多的采用了影音、圖像等多彩的動(dòng)態(tài)的教學(xué)模式，導(dǎo)致許多生物教師，特別是青年生物教師在教學(xué)過(guò)程中忽略了對(duì)生物模型的制作和應(yīng)用。即使有的教師在教學(xué)過(guò)程中使用了模型，也常采用由廠家生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)化模型，雖然更為準(zhǔn)確、形象和直觀，但學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中沒(méi)有親身實(shí)踐，被動(dòng)的接受有關(guān)知識(shí)，和看書本中的圖畫差不多，對(duì)提高生物教學(xué)的有效性作用不大。同時(shí)，由于教師很少帶領(lǐng)學(xué)生去親自制作模型，造成學(xué)生的動(dòng)手能力差，

3、思維僵化等多方面的問(wèn)題。1.3 新課標(biāo)對(duì)構(gòu)建模型在高中生物教學(xué)過(guò)程中的要求所以，在新課程改革中，高中生物課程標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于制作生物模型提出了相關(guān)要求，表1.1所示即為高中生物教材中構(gòu)建模型活動(dòng)的相關(guān)要求。學(xué)生親自制作生物模型是高中生物對(duì)學(xué)生思維能力、創(chuàng)新能力以及動(dòng)手能力的培養(yǎng)方法之一，自己親手制作生物模型，雖然準(zhǔn)確性較差，外觀也許不是很形象。但是，學(xué)生通過(guò)制作生物模型，加深了對(duì)相關(guān)知識(shí)的理解，幫助學(xué)生增加感性認(rèn)識(shí)，克服對(duì)一些微觀結(jié)構(gòu)和代謝過(guò)程認(rèn)識(shí)的困難。提高了學(xué)生的動(dòng)手能力，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新思維能力，提高了學(xué)生合作和交流的能力，設(shè)計(jì)和探究的能力。表1.1 高中生物教材中構(gòu)建模型相關(guān)活動(dòng)12345（其

4、中為數(shù)學(xué)模型，為物理模型，為概念模型，為課標(biāo)要求，為教材推薦活動(dòng)）序號(hào) 題名 模塊 章節(jié) 頁(yè)碼1 嘗試制作真核細(xì)胞的三維結(jié)構(gòu)模型 分子和細(xì)胞 第三章第三節(jié) p542 利用廢棄物品制作生物膜模型 分子和細(xì)胞 第四章第三節(jié) p693 建立減數(shù)分裂中染色體變化的模型 遺傳與進(jìn)化 第二章第一節(jié) p234 制作dna雙螺旋結(jié)構(gòu)模型 遺傳與進(jìn)化 第三章第二節(jié) p505 建立血糖調(diào)節(jié)的模型 穩(wěn)態(tài)與環(huán)境 第二章第二節(jié) p266 建構(gòu)種群增長(zhǎng)模型 穩(wěn)態(tài)與環(huán)境 第四章第二節(jié) p657 設(shè)計(jì)并制作生態(tài)缸 穩(wěn)態(tài)與環(huán)境 第五章第五節(jié) p1128 重組dna分子的模擬操作 現(xiàn)代生物科技專題 第一章第一節(jié) p62. 高中生

5、物教材中可以利用構(gòu)建物理模型提高教學(xué)有效性的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)除表1.1所述對(duì)于構(gòu)建模型進(jìn)行相關(guān)生物教學(xué)的要求外，在高中生物教材中，許多知識(shí)點(diǎn)均可以利用制作物理模型的方式來(lái)進(jìn)行教學(xué)活動(dòng)。通過(guò)歸納，見表1.2所示。在其中，屬于必修一分子與細(xì)胞的有12個(gè)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，屬于必修二遺傳和進(jìn)化的有7個(gè)，屬于必修三穩(wěn)態(tài)與環(huán)境的有9個(gè)，屬于現(xiàn)代生物科技專題的有10個(gè)。從復(fù)雜程度可以將其分為兩類，一類為單一模擬實(shí)物模型，如dna的雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，細(xì)菌藍(lán)藻細(xì)胞結(jié)構(gòu)模型，突觸結(jié)構(gòu)模型等。一類為組合演示模型，如基因表達(dá)過(guò)程演示模型，有絲分裂、減數(shù)分裂過(guò)程演示模型，基因工程基本操作演示模型等。教師在教學(xué)過(guò)程中可以通過(guò)：1）教師

6、制作、學(xué)生觀看；2）學(xué)生課前預(yù)習(xí)后制作；3）師生當(dāng)堂制作；4）學(xué)生課后小組制作；5）利用探究活動(dòng)課堂進(jìn)行制作等多種形式進(jìn)行。也可以在校內(nèi)舉行生物模型制作大賽。但在物理模型制作過(guò)程中，要注重培養(yǎng)學(xué)生的自主性、創(chuàng)新性、嚴(yán)謹(jǐn)性和學(xué)生間的交流合作。 表1.2 高中生物必修一、二、三及選修三中可以利用物理模型進(jìn)行教學(xué)的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)1345序號(hào) 物理模型名稱 知識(shí)點(diǎn)1 細(xì)菌（藍(lán)藻）細(xì)胞模型 原核細(xì)胞的結(jié)構(gòu)特征及原核生物的種類2 氨基酸的結(jié)構(gòu)模型及脫水縮合過(guò)程 氨基酸分子結(jié)構(gòu)特征及脫水縮合形成肽鍵過(guò)程3 核苷酸的結(jié)構(gòu)模型及磷酸二脂鍵的形成 核苷酸的組成結(jié)構(gòu)及核苷酸鏈的形成4 線粒體（葉綠體）結(jié)構(gòu)模型 線粒體（

7、葉綠體）雙層膜等相關(guān)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)5 動(dòng)植物細(xì)胞結(jié)構(gòu)模型 真核細(xì)胞的結(jié)構(gòu)組成6 利用細(xì)胞結(jié)構(gòu)模型展示分泌蛋白的形成過(guò)程 分泌蛋白的合成、轉(zhuǎn)運(yùn)、加工、排出等過(guò)程7 利用兩種傘藻結(jié)構(gòu)模型模擬傘藻嫁接實(shí)驗(yàn) 細(xì)胞核控制細(xì)胞的代謝和遺傳8 細(xì)胞核的結(jié)構(gòu)模型 細(xì)胞核的結(jié)構(gòu)組成9 生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型 生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型及細(xì)胞物質(zhì)的輸入輸出10 模擬降低反應(yīng)活化能的結(jié)構(gòu)模型 降低反應(yīng)活化能的酶11 利用瓊脂塊模擬細(xì)胞大小與物質(zhì)運(yùn)輸?shù)年P(guān)系 細(xì)胞體積越大，運(yùn)輸物質(zhì)效率越低12 有絲分裂過(guò)程演示模型 有絲分裂過(guò)程13 利用小球模擬性狀分離比 一對(duì)相對(duì)性狀雜合子自交后代基因型比例14 制作兩對(duì)相對(duì)性狀雜交f2代基因組合

8、類型板 兩隊(duì)相對(duì)性狀雜合子自交后代組合及基因型表現(xiàn)型比例15 減數(shù)分裂過(guò)程演示模型 減數(shù)分裂過(guò)程16 dna的雙螺旋結(jié)構(gòu)模型 dna的雙螺旋結(jié)構(gòu)特點(diǎn)17 基因的表達(dá)過(guò)程模型（轉(zhuǎn)運(yùn)rna模型， 轉(zhuǎn)運(yùn)rna結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、轉(zhuǎn)錄過(guò)程、翻譯過(guò)程翻譯過(guò)程等）18 染色體結(jié)構(gòu)變異模型 染色體片段的缺失、增添、移接以及顛倒引起的變異19 基因工程中基本步驟演示模型 限制酶切割、dna連接酶連接、質(zhì)粒分子結(jié)構(gòu)等20 內(nèi)環(huán)境組成和內(nèi)外環(huán)境物質(zhì)交換模型 內(nèi)環(huán)境的組成成分及與外界環(huán)境物質(zhì)交換過(guò)程21 突觸結(jié)構(gòu)模型 突觸的結(jié)構(gòu)及信息傳遞過(guò)程22 血糖來(lái)源和去向模型 血糖平衡23 利用組合物理模型展示免疫調(diào)節(jié)過(guò)程 三層防線以

9、及體液免疫、細(xì)胞免疫過(guò)程24 構(gòu)建種群年齡組成的三種類型的模型 增長(zhǎng)型、穩(wěn)定型、衰退型的相關(guān)知識(shí)序號(hào) 物理模型名稱 知識(shí)點(diǎn)25 池塘生態(tài)系統(tǒng)模型 池塘生態(tài)系統(tǒng)的種類組成26 生產(chǎn)者、消費(fèi)者及分解者的關(guān)系模型 生產(chǎn)者、消費(fèi)者及分解者關(guān)系27 食物鏈模型 食物鏈的相關(guān)知識(shí)（如起始、營(yíng)養(yǎng)級(jí)等）28 利用組合物理模型展示能量流動(dòng)過(guò)程 能量在食物鏈上的流動(dòng)過(guò)程及特點(diǎn)29 粘性末端和平末端結(jié)構(gòu)模型 粘性末端和平末端特征30 重組dna分子的模擬操作 dna分子重組過(guò)程31 pcr反應(yīng)原理展示模型 pcr過(guò)程32 基因表達(dá)載體模型 基因表達(dá)載體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)33 利用物理模型展示精子變形過(guò)程 精子的變形34 利

10、用物理模型展示受精卵發(fā)育過(guò)程 受精卵的發(fā)育35 牛胚胎性別鑒定和分割示意模型 囊胚期胚胎的分割技術(shù)36 “無(wú)廢棄物農(nóng)業(yè)能量和物質(zhì)流動(dòng)模型 物質(zhì)循環(huán)再生原理37 ?；~塘模型 系統(tǒng)整體性原理38 “四位一體“農(nóng)業(yè)生態(tài)工程模型 生態(tài)工程的前景3. 初探物理模型在生物有效性教學(xué)過(guò)程中的構(gòu)建及應(yīng)用筆者在高中生物教學(xué)過(guò)程中，對(duì)構(gòu)建物理模型以及物理模型在有效性教學(xué)過(guò)程中的應(yīng)用進(jìn)行了探索。分別采用了教師制作、學(xué)生觀看，課前學(xué)生預(yù)習(xí)后制作，師生當(dāng)堂制作以及課后學(xué)生小組制作，舉行生物模型競(jìng)賽等方式。在高中生物教學(xué)過(guò)程中取得了一定成效。下文以其中一個(gè)利用廢棄物制作細(xì)胞膜的流動(dòng)鑲嵌模型的實(shí)例來(lái)說(shuō)明物理模型的制作過(guò)程

11、。 高中學(xué)生建構(gòu)模型時(shí)，多數(shù)是在背景知識(shí)清晰的情況下進(jìn)行的。但該模型的制作可以放在教學(xué)的任何一個(gè)階段進(jìn)行，其中以學(xué)生課前預(yù)習(xí)制作效果最為明顯。學(xué)生可以通過(guò)預(yù)習(xí)相關(guān)知識(shí)；查找資料、實(shí)地調(diào)查、系統(tǒng)設(shè)計(jì)物理模型；制作并評(píng)價(jià)物理模型；修改物理模型等階段完成物理模型的制作。1） 學(xué)生預(yù)習(xí)相關(guān)知識(shí)。學(xué)生可以在預(yù)習(xí)過(guò)程中了解細(xì)胞膜的基本結(jié)構(gòu)組成為磷脂雙分子層和蛋白質(zhì)分子，其中磷脂雙分子層由兩層磷脂分子組成，構(gòu)成生物膜的基本骨架，其中磷脂分子的親水性頭部磷酸分子朝向兩側(cè)，疏水親脂性的尾部脂肪酸分子相對(duì)朝向內(nèi)側(cè)。蛋白質(zhì)分子鑲、嵌或者貫穿其中。兩者均具有流動(dòng)性。通過(guò)預(yù)習(xí)，增強(qiáng)了學(xué)生主動(dòng)獲取知識(shí)的能力，提高學(xué)生的學(xué)

12、習(xí)主動(dòng)性。2）學(xué)生查找資料，實(shí)地調(diào)查，系統(tǒng)設(shè)計(jì)物理模型在了解基本知識(shí)以后。得出細(xì)胞膜的親水性頭部可以利用圓球狀物體表示，而疏水性尾部可以利用兩支桿狀物表示。學(xué)生通過(guò)查找資料以及實(shí)地調(diào)查找出與細(xì)胞膜的流動(dòng)鑲嵌模型結(jié)構(gòu)相似的廢棄物，如磷脂分子的頭部可以利用廢棄乒乓球來(lái)制作，尾部可以利用廢棄鐵絲制作，而蛋白質(zhì)分子可以利用橢圓形廢棄鼠標(biāo)代替等。如果沒(méi)有找到結(jié)構(gòu)相似、能直接利用的廢棄物，還可以考慮用廢棄物進(jìn)行加工后來(lái)進(jìn)行制作，如用廢棄塑料泡沫切割后形成結(jié)構(gòu)相似的組件。查找出使用的廢棄物后，針對(duì)廢棄物的結(jié)構(gòu)，對(duì)該物理模型進(jìn)行系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，如磷脂分子的頭部與尾部之間，不同磷脂分子的頭部之間該如何連接，蛋白質(zhì)分

13、子該如何鑲、嵌以及貫穿其中等。將其設(shè)計(jì)為一個(gè)完整的草案。從這一過(guò)程中，學(xué)生學(xué)會(huì)了提問(wèn)、觀察、調(diào)查、設(shè)計(jì)等方法；在設(shè)計(jì)過(guò)程中，學(xué)會(huì)綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析問(wèn)題和解決問(wèn)題，提高了查找、收集、整理資料，處理信息并進(jìn)行設(shè)計(jì)的能力以及創(chuàng)新思維能力。3） 物理模型制作評(píng)價(jià)過(guò)程設(shè)計(jì)了生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型后，學(xué)生開始動(dòng)手制作該模型?？梢酝ㄟ^(guò)單個(gè)學(xué)生制作后，選擇優(yōu)秀作業(yè)進(jìn)行全班討論的模式，也可采用小組集體制作，互相評(píng)價(jià)的模式。在評(píng)價(jià)過(guò)程中，找出該作業(yè)的優(yōu)缺點(diǎn)以及提出相應(yīng)的改進(jìn)意見。在整個(gè)制作評(píng)價(jià)過(guò)程中，主要提高了學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力、交流溝通的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力以及評(píng)價(jià)鑒賞的能力。4） 物理模型的修改過(guò)程通過(guò)班級(jí)評(píng)價(jià)后，學(xué)

14、生個(gè)人或小組對(duì)自己提交的模型作業(yè)作出相應(yīng)的修改。增強(qiáng)了學(xué)生糾正錯(cuò)誤的意識(shí)，有利于學(xué)生的學(xué)習(xí)和發(fā)展。（圖3-1為學(xué)生利用塑料泡沫制作的生物膜流動(dòng)鑲嵌模型。）圖3-2 利用塑料泡沫制作生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型4.結(jié)語(yǔ)由于模型和模型的構(gòu)建方法在現(xiàn)代生命科學(xué)中起著越來(lái)越大的作用，是現(xiàn)代高中學(xué)生必須了解和掌握的重要科學(xué)方法，一方面，它不僅對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)生物科學(xué)有幫助，而且還有助于學(xué)生將來(lái)進(jìn)行科學(xué)研究或參加工作后，更好地解決生活和工作中的相關(guān)問(wèn)題。另一方面，這種科學(xué)方法的學(xué)習(xí)和應(yīng)用，不僅有利于學(xué)生形成系統(tǒng)的科學(xué)認(rèn)知觀，同時(shí)還強(qiáng)化了與其他學(xué)科，如數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)等學(xué)科的內(nèi)在聯(lián)系。最后，教師在帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行模型制作的過(guò)程中，學(xué)會(huì)了利用模型進(jìn)行相關(guān)教學(xué)的方法。模型的建構(gòu)改變了傳統(tǒng)的教師滿堂灌局面，加強(qiáng)了師生間的互動(dòng)，體現(xiàn)了新課程改革的理念，因此，在高中生物課堂上，利用構(gòu)建物理模型進(jìn)行教學(xué)對(duì)提高生物教學(xué)有效性有著重要的意義，但需注意的是在教學(xué)中，模型的建構(gòu)不是放手讓學(xué)生游戲或是當(dāng)成制作一個(gè)工藝品，應(yīng)該有目的、有組織的進(jìn)行才能收到比較滿意的效果。模型建構(gòu)可以體現(xiàn)了師生的共同智慧，在今后的課堂中應(yīng)不斷改革和創(chuàng)新。參考文獻(xiàn)：1 朱正威 趙占良 主編 普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)書生物必修1分子與細(xì)胞