生物物理模型在高中生物教學(xué)中的應(yīng)用

林劍波

眾所周知，在傳統(tǒng)教學(xué)模式中，教師往往通過系統(tǒng)、細(xì)致的講解向?qū)W生傳授知識。然而，生物作為一門建立在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上的自然學(xué)科，單純地依靠理論講解遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。因此，改革高中生物的傳統(tǒng)教學(xué)方式勢在必行。

《高中生物課程標(biāo)準(zhǔn)》指出：“提高每位高中生的生物科學(xué)素養(yǎng)是高中生物教學(xué)的核心任務(wù)。”雖然模型和模型方法在現(xiàn)代教育中的作用越來越大，但是在日常教學(xué)過程中不容易找到，且部分生物原型可以用人工模型代替，于是生物課程將模型方法列入了課程目標(biāo)，以幫助學(xué)生抓住生物材料的本質(zhì)特征。

高中生物模型一般可分為三類：物理模型、概念模型和數(shù)學(xué)模型。其中，概念模型多為框架圖，如思維導(dǎo)圖等。由于框架圖在日常學(xué)習(xí)生活中的應(yīng)用非常普遍，所以筆者在本研究中沒有進(jìn)行深入探討。而數(shù)學(xué)模型的制作需要統(tǒng)計(jì)大量的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行大量的實(shí)驗(yàn)，非常耗費(fèi)人力和物力，不適合高中生制作。因此，本文主要研究較為簡單、易操作的物理模型。筆者首先將全班學(xué)生分成若干小組，每個小組人數(shù)約為6～7人，以保證每位學(xué)生都能參與制作模型的過程。本課題的模型制作遵循清潔環(huán)保、客觀真實(shí)的理念，采用問卷法、觀察法等科學(xué)方法完成，并得出了客觀結(jié)論。

筆者向參與了模型制作的學(xué)生和沒有參與模型制作的學(xué)生發(fā)放了相同的知識問卷，對比統(tǒng)計(jì)結(jié)果得出：參與了模型制作的學(xué)生，本模型網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的知識掌握度明顯高于沒有參與模型制作的學(xué)生。在此基礎(chǔ)上，筆者做了進(jìn)一步調(diào)查，發(fā)現(xiàn)參與模型制作中負(fù)責(zé)調(diào)查取樣與設(shè)計(jì)模型的學(xué)生對知識的掌握度略高于只負(fù)責(zé)機(jī)械組裝的學(xué)生。通過分析調(diào)查資料可知：在設(shè)計(jì)模型過程中，學(xué)生需要了解大量的知識，并從中篩選出有價值的信息。學(xué)生通過實(shí)踐活動，加深了知識記憶，從而迅速掌握了知識。在中學(xué)生物教學(xué)中，教師不僅應(yīng)在課堂上使用生物物理模型，還應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生自主設(shè)計(jì)、制作簡易模型，以有效提高學(xué)生生物學(xué)習(xí)的效率。

以“反射弧生物模型”為例（如圖1所示），學(xué)生可以將制作好的生物模型貼在底板上，在輸液管中注入適量的清水。演示時，用注射器將紅色液體輸入輸液管中，以水的流動模擬興奮在神經(jīng)纖維上的傳導(dǎo)。然后將水的流速調(diào)慢，模擬興奮在神經(jīng)中樞上傳導(dǎo)具有延時性。

除此之外，學(xué)生還可用另一種形式演示反射弧的動態(tài)效果，即電路動態(tài)反射弧模型（如圖2所示）。學(xué)生在塑料板上畫出反射弧形狀，并在其上設(shè)置電路，安裝電學(xué)元件，來模擬人體反射弧的運(yùn)動。在動態(tài)演示過程中，瞬間開啟或閉合在感受器處的黑色開關(guān)，燈泡亮，效應(yīng)器處的風(fēng)扇開始旋轉(zhuǎn)，持續(xù)閉合，則持續(xù)作用。閉合位于效應(yīng)器處的紅色開關(guān)，無現(xiàn)象。而閉合傳出神經(jīng)效應(yīng)器處的開關(guān)，則傳出神經(jīng)處的燈泡亮，神經(jīng)中樞傳入神經(jīng)處的燈泡不亮。

當(dāng)學(xué)生制作靜態(tài)模型時，筆者指導(dǎo)他們制作“植物細(xì)胞有絲分裂過程”的模型（如圖3所示）。首先，預(yù)先準(zhǔn)備好相關(guān)材料，在卡紙上描繪植物細(xì)胞有絲分裂在各個時期的圖像；其次，在卡紙上沾上毛線表示染色體或染色單體；最后，將制作成的圖固定在塑料板上，并標(biāo)明時期。過程看似簡單，但操作不僅需要學(xué)生具備一定的生物知識儲備，還要有一定的動手能力和團(tuán)隊(duì)分工合作精神。

當(dāng)然，在模型制作的過程中，學(xué)生也會出現(xiàn)一些問題，如違背客觀事實(shí)等。但瑕不掩瑜，制作生物模型可以幫助學(xué)生提高理解力和觀察力，實(shí)現(xiàn)知識和技能的雙提升。

此外，筆者還引導(dǎo)學(xué)生制作“細(xì)胞結(jié)構(gòu)模型”（如圖4、圖5所示）。首先，學(xué)生用海綿墊剪成各種細(xì)胞器的形態(tài)；其次，用顏料將各種細(xì)胞器涂成不同的顏色；第三，將不同顏色的發(fā)泡劑涂在細(xì)胞器上；第四，把海綿墊剪成不同形態(tài)，分別表示糖蛋白、磷脂分子及蛋白質(zhì)，并用鐵絲代表疏水尾部，插在表示磷脂分子的綿塊上，然后將他們黏在圓形泡沫板的相應(yīng)位置；最后，將一根彈性棍插入模型內(nèi)固定好整個模型。

除此之外，筆者還向許多教師進(jìn)行了問卷調(diào)查，并在此基礎(chǔ)上，總結(jié)歸納了生物模型運(yùn)用于生物課的建議：

第一，它能轉(zhuǎn)移學(xué)生對知識理解的方向，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。學(xué)生喜歡活躍的課堂氛圍和生動的學(xué)習(xí)對象，高中生物知識模型化能給學(xué)生展示十分直觀、生動的客體，使原本靜止的文字變得生動活潑，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

第二，它能讓學(xué)生參與動手實(shí)踐操作，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力。通過構(gòu)建高中生物模型教學(xué)，能有效地培養(yǎng)學(xué)生自主探索、自主學(xué)習(xí)的能力。

第三，它能鍛煉學(xué)生的思維能力，加強(qiáng)記憶，提高解題效率。生物模型將抽象化為具體，化整為零，培養(yǎng)了學(xué)生嚴(yán)密分析、解決問題的能力，有利于學(xué)生養(yǎng)成理論聯(lián)系實(shí)際、透過現(xiàn)象看本質(zhì)的良好學(xué)習(xí)習(xí)慣。

總而言之，在生物教學(xué)中運(yùn)用生物模型，能夠有效提升教學(xué)效果，幫助學(xué)生理解生物知識之間的內(nèi)在關(guān)系，拓展學(xué)生思維。因此，高中生物教師不但要在教學(xué)中構(gòu)建生物模型，還要結(jié)合教學(xué)內(nèi)容改進(jìn)教學(xué)方法，培養(yǎng)學(xué)生自主構(gòu)建模型的能力，為學(xué)生以后更高層次的學(xué)習(xí)奠定良好的基礎(chǔ)。

（作者單位：江西省宜春一中）