例談物理模型建構在生物概念教學中的應用

俞秋錦

生物學模型是人們為了某種特定目的而對認知對象所做的一種簡化的概括性的描述，有的借助于具體的實物或者其他形象化的手段，有的則通過抽象的形式來表達。模型的形式很多，包括物理模型、概念模型、數學模型等。用模型方法探討生物問題，遵從實驗到理論的過程，符合從感性到理性的認知規律，能促進學生認知水平的發展，激發學生思維的興趣，培養學生的創造能力。當然，運用模型方法進行教學的方面很多，本文就專門從生物學概念教學方面進行了一些探討，以供研究。

一、巧用物理模型解決核心概念

1.細胞結構

談到生物，不得不講的核心概念肯定是細胞結構。細胞是生物體結構和功能的基本單位，但細胞體積小，結構復雜，只有借助電子顯微鏡才能一探究竟，學生建構這個核心概念就很有難度。而通過自己制作物理模型，就可以將這些問題解決，同時還能對微觀世界有較形象的了解。

2.生物膜的流動鑲嵌模型

這個核心概念的得出是眾多科學家長期探索而來的。了解探索過程就是培養學生的科學思維過程，因此筆者采取了繪圖的方式來進行模型建構。

科學史是從19世紀歐文頓做的植物細胞的通透性實驗開始的，順著科學史的展開，學生依次畫出了混亂排列的脂質和蛋白質、四種結構的磷脂雙分子層的排列模式、蛋白質在兩側磷脂在中間且磷脂尾對尾排列的暗—亮—暗結構、蛋白質部分嵌入或貫穿磷脂的模型四種變化的圖，繪圖體現了探究的歷程。最后，我引申了一下問學生：“你們建構的模型可以變成動態嗎？”最后還是有同學奇思妙想，呈現了磷脂分子在流動（尾部擺動），蛋白質分子在運動（箭頭表示蛋白質從一處運行到另一處）的“流動鑲嵌模型”。

二、巧用物理模型突破難點概念

1.輸血、血型、凝集現象

初中生物中有一節內容是“輸血與血型”，ABO血型有四種，輸血過程中會發生凝集現象，但是對于血型怎么回事，凝集是如何發生的，學生并不是很清楚。筆者曾有幸在一次初中對外公開課中看到了一位老師精心制作的模型：她用橡皮泥制作了三種類型的紅細胞，一種是紅細胞上無抗原的，一種是紅細胞上有用藍色三角捏上去的抗原的，還有一種是紅細胞上有用黃色圓球捏上去的抗原；相對應的只能與藍色三角相結合的藍色抗體（在血清中）和只能與黃色圓球相結合的黃色抗體。老師用四只小燒杯呈現了四種血型，讓學生觀察從而分析清楚了四種血型的組成。而當不同的血混在一起后，相應的抗原抗體就會結合（藍色的三角和藍色形狀的抗體結合，黃色圓點和黃色形狀的抗體結合），這就是凝集現象，學生也就懂得了輸血要輸同型血的原則。通過這樣一個模型學生自己觀察，親自操作，難點概念自然迎刃而解。

2.解旋酶、限制酶和DNA連接酶

在高中生物中，這三種酶是學生容易搞錯的難點。其實，在清楚DNA結構組成后這就不算難點，但由于DNA結構本身比較抽象，學生沒有空間概念。而模型就有這個好處，可以通過學生的摸索建立空間概念。筆者曾經在上課過程中用紙做的模型來解決這個難點，顯示詳細的結構，然后讓學生用剪刀來進行操作，進而解決多種酶作用位點。通過合作摸索和互相對比，學生就理解了這幾種酶的概念。

三、妙用物理模型辨析易混概念

1.DNA連接酶和DNA聚合酶

借助我們的紙模型，這樣的易混概念也就清晰明確了。當然，這兩個概念主要借助了透明膠黏合來表示酶作用的位點。通過已經“切”好的DNA的片段，讓學生用膠帶黏合，通過操作，學生很輕易地就明白了連接酶是連接兩個DNA片段的，作用位點是兩個特定位置的磷酸二酯鍵；而聚合酶的作用位點，是將單個的脫氧核苷酸連接成DNA片段的，作用位點是每個脫氧核苷酸間的磷酸二酯鍵。

2.染色體和染色質

相信，為了辨析清楚這兩個概念，很多模型都被不同老師引用過。例如，最經典的用電話線和電話線圈來比喻，但我覺得這個比喻并不是很貼切，只是借用了“形”，而沒有考慮實際組成，學生聽了會覺得染色質就是一樣東西構成的，對教材要求掌握的染色質是由DNA和蛋白質構成的這個內容就會忽視。因此，模型建構有時還要考慮準確性。而最近在做女生的串珠子手工時，我忽然間就對這兩個概念有了新的模型建構的想法，并且實施了。我給學生現場演示了串珠過程，并且讓他們對應相應的概念進行理解。首先一條串珠的線，這個就相當于DNA，為了稍微逼真點，我還特意用兩股線纏繞成螺旋狀，讓學生感受DNA是兩條鏈的，是雙螺旋結構的；在不同的地方穿上珠子，代表蛋白質，用不同形狀和大小的珠子表示不同空間結構的蛋白質；穿好后長長的一條項鏈就表示染色質了（呈細絲狀）。有時，這條項鏈要變成珠花或者手串，就要將長長的項鏈折疊盤旋，這樣就表示變成了染色體（呈縮短變粗的棒狀）。

參考文獻：

施德明.高中生物模型方法教學及策略[J].科學教育，2008（1）：10-11.

編輯 薄躍華