高中生物教學(xué)中物理模型的建構(gòu)

高中生物教學(xué)中物理模型的建構(gòu)【摘要】科學(xué)思維是生物學(xué)科核心素養(yǎng)的重要方面之一，《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017

年版

2020

修訂版）》中明確指出“模型與建模”是一種科學(xué)思維方法。物理模型是模型中的一種重要類型，其建構(gòu)過程是一種既需要?jiǎng)邮钟中枰獎(jiǎng)幽X的學(xué)習(xí)過程，開展物理模型建構(gòu)教學(xué)有利于培養(yǎng)學(xué)生的生物學(xué)科核心素養(yǎng)?！娟P(guān)鍵詞】模型物理模型模型建構(gòu)新修訂的《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017

年版》就指出“中國學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)是黨的教育方針的具體化、細(xì)化。”2020

年修訂版依然沿用該內(nèi)容。高中生物學(xué)課程的基本理念之一就是以“核心素養(yǎng)”為宗旨，發(fā)展學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)要從生命觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究和社會責(zé)任等方面進(jìn)行，這一“學(xué)科核心素養(yǎng)”是“學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)”在學(xué)科課程中的進(jìn)一步分解。而在新的課程標(biāo)準(zhǔn)中明確指出“模型與建?！笔且环N科學(xué)思維方法，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中需要運(yùn)用模型和建模的方法來探討、闡釋生命現(xiàn)象及規(guī)律。因此，在教學(xué)中進(jìn)行“模型建構(gòu)”有利于培養(yǎng)學(xué)生的生物學(xué)科核心素養(yǎng)。一、什么是模型？2003

版課程標(biāo)準(zhǔn)中共有

17

處提到“模型”一詞，而新修訂的課程標(biāo)準(zhǔn)中多達(dá)

36

處提及“模型”一詞。人教版新教材《分子與細(xì)胞》一冊

P.57

中明確指出“模型是人們?yōu)榱四撤N特定目的而對認(rèn)識對象所做的一種簡化的描述，這種描述可以是定性2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)”。模型的形式有很多，包括物理模型、概念模型、數(shù)學(xué)模型等。二、什么是物理模型？以實(shí)物或圖畫形式直觀地表達(dá)認(rèn)識對象的特征，這種模型就是物理模型。通俗的講，物理模型就是根據(jù)相似的原理，按照比例將真實(shí)的事物放大或縮小制成的模型。三、用活不同類型的物理模型當(dāng)前的教育倡導(dǎo)要轉(zhuǎn)變教師的教學(xué)觀念和學(xué)生的學(xué)習(xí)觀念，從而轉(zhuǎn)變學(xué)生的學(xué)習(xí)方式，化被動為主動，尤其提倡以“學(xué)生”為核心的科學(xué)探究過程中科學(xué)方法的學(xué)習(xí)，特別是建模的方法尤為重要。物理模型作為模型中的一種重要類型，在高中生物教學(xué)中扮演著十分重要的角色。而物理模型的建構(gòu)是一種既需要?jiǎng)邮钟中枰獎(jiǎng)幽X的過程，學(xué)生可以通過建構(gòu)物理模型主動地掌握相關(guān)的生物學(xué)概念。由此看來，開展物理模型建構(gòu)教學(xué)非常符合“倡導(dǎo)學(xué)生主動學(xué)習(xí)”的教育理念。（一）實(shí)物物理模型的建構(gòu)活化了抽象知識在高中生物學(xué)教材中，我們常常會看到一些結(jié)構(gòu)模式圖、結(jié)構(gòu)示意圖、原理過程圖解等，這些插圖具有將生物學(xué)知識簡化、直觀化的作用。這些教材插圖，可以稱得上是生物學(xué)的第二語言,具有直觀形象,簡明生動的特點(diǎn),能夠表達(dá)出豐富的生物學(xué)信息,是生物學(xué)教學(xué)內(nèi)容的重要組成部分。3但是教材插圖大多是平面的，缺乏空間感和實(shí)物感，學(xué)生往往會在理解插圖中各結(jié)構(gòu)之間的位置關(guān)系時(shí)感到困難。那么，如果教師能夠引導(dǎo)學(xué)生動手操作，建構(gòu)實(shí)物模型，不但對于在學(xué)生頭腦中形成空間概念以及達(dá)到全面掌握和深刻理解起到事半功倍的作用，而且對于提高學(xué)生的動手能力和培養(yǎng)學(xué)生對生命科學(xué)的興趣具有及其重要的意義?！景咐?/p>

1】在學(xué)習(xí)《細(xì)胞的基本結(jié)構(gòu)》這部分內(nèi)容時(shí)，教師引導(dǎo)學(xué)生利用橡皮泥、超輕黏土、硬油泥、扭扭棒（作為磷脂分子的尾部）、電線、鐵絲（用來固定磷脂雙分子層）等實(shí)驗(yàn)材料構(gòu)建“真核生物細(xì)胞的亞顯微結(jié)構(gòu)模型”、“生物膜的流動鑲嵌模型”等。4【案例

2】《DNA

分子的結(jié)構(gòu)》一節(jié)中，“DNA

分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)”是本節(jié)學(xué)習(xí)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。在教學(xué)過程中，教師引導(dǎo)學(xué)生合理利用物理模型構(gòu)建的過程，加深對概念的理解。

1．利用彩紙制作

DNA

分子結(jié)構(gòu)的平面模型①利用小紙條，按照折星星的方法折成“脫氧核糖”；②剪一些圓形作為“磷酸”；③按照以下圖樣制作

4

種堿基，其中

A

的數(shù)量等于

T

的數(shù)量，C的數(shù)量等于

G

的數(shù)量；④利用訂書釘代替化學(xué)鍵，組裝脫氧核苷酸；⑤按照堿基互補(bǔ)配對原則，將一個(gè)個(gè)脫氧核苷酸進(jìn)行組裝，最終5構(gòu)建出

DNA

分子結(jié)構(gòu)的平面模型。但是，真正的

DNA

分子并不是平面的，那么怎么才能展現(xiàn)DNA

立體的雙螺旋結(jié)構(gòu)呢？學(xué)生們利用橡皮泥或超輕黏土制成磷酸，用吹塑紙剪出脫氧核糖和堿基，用鐵絲代替化學(xué)鍵，來構(gòu)建

DNA

分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，方法是可行的，但是不容易展示和攜帶，最終教師通過在網(wǎng)絡(luò)上搜集資料，發(fā)現(xiàn)了可以用紙折疊成

DNA

雙螺旋結(jié)構(gòu)的方法，紙樣如下：將上述紙樣（左圖）直接打印在

A4

紙上，一張

A4

紙打印6一面，就可以折疊起來做一個(gè)

DNA

分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)模型（右圖）了。操作過程簡單方便，一張

A4

紙就可以解決問題，成果展示也更加直觀。（二）圖畫物理模型的建構(gòu)提升了識圖水平實(shí)物物理模型在大小、色彩、視覺等方面有著一定的局限性，在日常教學(xué)中使用不是很廣，但是以圖畫形式構(gòu)建物理模型則比較普遍，通過這樣的物理模型的構(gòu)建，學(xué)生養(yǎng)成了一種思維習(xí)慣，凡遇抽象的結(jié)構(gòu)或過程，都會嘗試用簡易的圖畫協(xié)助理解、思考。如上面利用實(shí)物建構(gòu)的“真核生物細(xì)胞的亞顯微結(jié)構(gòu)模型”、“生物膜的流動鑲嵌模型”等，同樣可以通過繪圖的方式呈現(xiàn)。78再如，分泌蛋白的合成和運(yùn)輸、興奮在神經(jīng)元之間的傳遞等過程，都是高中生物教學(xué)中的重難點(diǎn)。教學(xué)過程中，教師可以利用多媒體動畫輔助教學(xué)，但大部分學(xué)生往往只是看“熱鬧”，對這些過程掌握的并不扎實(shí)，印象也不深刻，這是導(dǎo)致在實(shí)際做題過程中經(jīng)常出錯(cuò)的重要原因之一。鑒于這種情況，教師可以引導(dǎo)學(xué)生利用課余時(shí)間親自畫一畫這些過程，幫助學(xué)生突破重難點(diǎn)。9四、物理模型的建構(gòu)在高中生物教學(xué)中的意義（一）建構(gòu)物理模型，改變學(xué)生的學(xué)習(xí)方式學(xué)生在學(xué)習(xí)生物的過程中，往往會認(rèn)為生物是理科中的“文科”，只要死記硬背就行，特別是對于微觀世界的認(rèn)知，也都只是機(jī)械地記憶。在高中生物教學(xué)的過程中，教師通過引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)物理模型，轉(zhuǎn)變教學(xué)模式，改變學(xué)生的學(xué)習(xí)方式，變“被動”為“主動”，這樣既能培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識與創(chuàng)新能力，也有利于學(xué)生養(yǎng)成科學(xué)思維的習(xí)慣。（二）建構(gòu)物理模型，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣興趣是學(xué)生學(xué)習(xí)的內(nèi)在動力，正如布魯納所說：“學(xué)習(xí)最好的刺激乃是對所學(xué)材料的興趣。”模型能夠?qū)?fù)雜的事物簡單化，靜止的事物生動化，抽象的事物形象化，學(xué)生在建構(gòu)物理模型中既體驗(yàn)科學(xué)家的探究過程，又能理解和掌握知識，提升學(xué)習(xí)興趣。10同時(shí)，對于學(xué)生建構(gòu)的模型，教師可以為其搭建展示的平臺，充分肯定學(xué)生的勞動成果，能更加有效地激勵(lì)學(xué)生學(xué)習(xí)生物的熱情。（三）建構(gòu)物理模型，軟化生物教學(xué)過程高中生物知識中，有大量復(fù)雜的、抽象的知識，學(xué)生面對這些內(nèi)容，抓不住學(xué)習(xí)的要點(diǎn)。教師如果只是為學(xué)生詳細(xì)地講解一番，學(xué)生可能很難聽懂；如果為學(xué)生播放多媒體視頻，學(xué)生看完視頻可能就忘了。面對這樣的情況，教師可以引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)物理模型。掌握了建構(gòu)物理模型的方法，不僅能深刻地理解知識，還能使學(xué)生的認(rèn)知水平從感性思維上升到理性思維。在建模過程中個(gè)，教師引導(dǎo)學(xué)生尋找適合的材料，揭示現(xiàn)象的本質(zhì)，將教學(xué)重、難點(diǎn)化繁為簡。【案例

3】“細(xì)胞分裂”歷來都是生物教學(xué)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)，為了幫助學(xué)生理解這部分知識，教師利用“扭扭棒”作為材料，邊講解邊讓學(xué)生分組構(gòu)建細(xì)胞有絲分裂或減數(shù)分裂的過程，培養(yǎng)學(xué)生主動探究的意識，真正體現(xiàn)學(xué)生的主體地位，使得抽象的知識形象化，原本難懂的微觀世界仿佛栩栩如生，歷歷在目。11（四）建構(gòu)物理模型，提高學(xué)生的探究能力蘇霍姆林斯基認(rèn)為：“讓學(xué)生體驗(yàn)到一種自己在親自參與掌握知識的情景，乃是喚起青少年特有的對知識的興趣的重要條件。”物理模型的建構(gòu)就為學(xué)生提供了這樣的情境，在建構(gòu)模型時(shí)，學(xué)生首先要確定建模對象，選擇合適的建模方法，通過親歷思考和探究完成知識體系的建構(gòu)，領(lǐng)悟科學(xué)探究的方法，感受科學(xué)探究的樂趣，最終檢驗(yàn)所建構(gòu)模型的科學(xué)性和準(zhǔn)確性?！景咐?/p>

4】在講述

DNA

分子復(fù)制方式的特點(diǎn)時(shí)，如果教師直接闡明“DNA

分子復(fù)制的方式具有半保留復(fù)制的特點(diǎn)”，學(xué)生雖然可以較快地掌握這一結(jié)論，但卻是被動地接受知識，失去了科學(xué)探究的樂趣。于是，教師引導(dǎo)學(xué)生利用“扭扭棒”這一材料，來探究

DNA

分子的復(fù)制方式。通過層層分析，學(xué)生不僅能夠自己得出結(jié)論：DNA

復(fù)制方式具有半保留復(fù)制的特點(diǎn)，同時(shí)還能感受科學(xué)探究的魅力，制作出如圖

2

的物理模型。總之，