例談磁性軟白板在生物學模型建構教學中的應用

張寒鳳

摘 要 結合生物學教學案例，就磁性軟白板在在建構生物學物理模型、概念模型、數學模型中的應用作探討，以引導學生有效開展自主合作探究性學習，從而提高學習效率。

關鍵詞 高中生物 模型建構 磁性軟白板

中圖分類號 G633.91 文獻標志碼 B

文件編號： 1003 - 7586（2016）11 - 0024 - 04

《普通高中生物課程標準（實驗）》首次明確將“獲得生物學模型的基本知識”作為課程的知識目標之一，并在“內容標準”和“活動建議”中作了具體的規定。新一輪的高中生物學課程標準修訂工作正在實施推進中，核心素養是理科課程設計的指向標，生物學核心素養包括生命觀念、理性思維、科學探究和社會責任。新課標更注重學生分析問題、解決問題的能力。

建構主義理論認為，學生是學習的主體，應該讓學生經歷對知識的主動探索、主動發現和主動構建過程。模型建構是學生學習科學知識、認識世界的一種手段和科學研究思維方法之一。它以簡化和直觀的形式來顯示復雜的事物和過程，尤其是通過實物模型建構，可使較抽象的、難以理解的重要概念和原理清晰呈現，使零散的知識逐漸系統化和直觀化，從而使學生獲得生物學概念和原理的準確含義，進而準確利用。

目前高中生物教材中主要涉及物理模型、概念模型、數學模型三種建模基本知識，旨在引導學生通過定性或定量化的概括性描述，使抽象、難理解的知識變得形象直觀，容易理解，進而促進知識的意義建構。據此，筆者依托學校“學生學具的開發與應用研究”課題，與同事一起，就“磁性軟白板在生物學模型建構中的應用”進行了初步的探索與實踐。磁性軟白板具有價廉物美、擦寫方便、便于展示與交流等優點，下面結合教學案例就其教學過程與應用方法作簡要的介紹。

1 磁性軟白板簡介

磁性軟白板采用優質橡膠磁制作而成，除了白色，還有紅色、藍色等多種顏色，厚度為0.65 mm，目前在各種文具市場或者淘寶等網店可以方便地購買到。磁性軟白板與教學中常用的白紙、硬紙、卡紙相比，優點很多（表1）。

在教學中根據教學內容選擇性地使用磁性軟白板，師生都感到方便、直觀和高效。

2 磁性軟白板在建構生物學物理模型、概念模型、數學模型中的應用

2.1 利用磁性軟白板建構物理模型

物理模型是以實物或圖畫形式直觀地表達認識對象的特征。其主要表象是“有形”，一定性狀的平面或立體圖形及其組合，就是對象本質特征的具體化。例如真核細胞結構模型、DNA雙螺旋結構模型等都屬于物理模型，它們都形象概括地反映了描述對象的本質特征。

在學習“生物膜流動鑲嵌模型”時，筆者采用小組合作學習模式，利用磁性軟白板的畫圖展示功能，引導學生體驗建構生物膜流動鑲嵌模型的過程與方法，學生印象深刻且記憶持久。具體教學過程如下：

首先，學生自主學習科學家發現“細胞膜的主要成分是脂質和蛋白質”的過程，而后教師小結：經科學家的提取、分離和鑒定，發現脂質的成分就是磷脂分子，并介紹磷脂分子的結構特點：磷脂是由甘油、脂肪酸和磷酸等組成，磷酸“頭”部是親水的，脂肪酸“尾”部是疏水的（黑板畫如圖1所示）。

接著，教師提出問題情境1：“科學家把從人的紅細胞中提取的磷脂分子在水—空氣界面上鋪展成單分子層，它會如何排布？”要求學生前后4人一組進行討論，并將結果畫在磁性軟白板上。各學習小組派代表把磁性軟白板貼到黑板上展示。結果每組學生都能正確畫出如圖2所示的磷脂分子排布示意圖：親水性的頭部與水接觸，疏水性的尾部背離水。

然后，教師提出問題情境2：“科學家測得紅細胞細胞單分子層的面積恰為紅細胞表面積的2倍，由此能得出什么結論？”要求學生經小組討論后將結果畫在磁性軟白板上，并再次展示在黑板上，組間如有不同答案，由組代表進行解釋，其他同學可質疑。經交流，學生很快達成共識：在水—水界質中磷脂分子必然排列成兩層，兩層磷脂分子的頭部朝水，尾部相對，并畫出如圖3所示的磷脂雙分子層示意圖。這時，教師通過多媒體演示一個動物細胞，并設問引導：“細胞是立體結構，細胞膜內、外分別是怎樣的環境？組成細胞膜的磷脂分子又應該如何排布呢？”學生經小組討論后在磁性軟白板上畫出如圖4所示的細胞膜截面示意圖。

反思：在建構生物膜的流動鑲嵌模型過程中，磁性軟白板的畫圖與展示功能得到充分利用。在此過程中，學生通過自主、合作、探究性學習，像科學家那樣經歷了探索、發現、驗證和理論建構的過程。一切習得不是教師灌輸給學生的，而是他們根據已有的知識經驗在新的學習情境中自主認知構建的，所以理解得透徹、印象深刻、記憶持久。

2.2 利用磁性軟白板建構概念模型

概念模型是把抽象概念之間的復雜聯系，用簡單直觀的圖式進行描述。一般借助幾何線形來連接，故其主要表象特征是“有線”，包括箭頭、分支線、直線等，這些“線”就是概念之間本質聯系的具體化。如遺傳變異的概念模型，人口增長和開墾土地之間的關系等。

人教版高中生物必修3“細胞生活的環境”中涉及很多概念，如體液、細胞內液、細胞外液、血漿、組織液、淋巴、內環境等。弄清楚這些概念間的聯系與區別是本課學習的重點與難點，歷屆學生在學習過程中都覺得這部分知識抽象復雜，難于認知。筆者一改以往的講授教學方法，嘗試利用磁性軟白板引導學生建構概念模型，收到很好的效果。

首先，教師利用多媒體演示預設的核心問題串：什么是體液？細胞內液是什么？細胞外液是什么？它們之間是什么關系？人體內細胞生活在什么環境中？此環境包括哪些種類？它們之間有什么關系？……教師以問題為導向，組織學生以合作學習小組為單位，緊扣教材進行自主學習和思考討論。

其次，各小組派代表進行展示，利用小的磁性軟白板，寫上各種核心概念，根據自己小組討論的結果擺放位置，并用箭頭（兩側可用文字描述）標出概念間的相互關系。如有不同觀點，其他組學生可提出質疑或進行評價。

最后教師給予點評，并總結出如圖5所示的概念模型。

反思：構建概念模型與繪制概念圖有異曲同工之效果。概念模型的建構有利于學生理解重要概念，掌握知識體系，也有利于教師突出重點，突破難點，實現有效、高效、長效教學。利用磁性軟白板構建概念模型的優點在于能隨時移動和調整概念的位置，不像繪圖那樣需要擦拭；缺點是不易保留，還得經過抄寫或手機拍攝才能留存。

2.3 利用磁性軟白板建構數學模型

數學模型是根據對研究對象所觀察到的現象及實踐經驗，歸納形成的一套反映其內部因素數量關系的數學公式、邏輯準則和具體算法，可用以描述和研究客觀現象的變化規律。

人教版高中生物必修2教科書中有“用數學方法討論基因頻率的變化”這一內容，筆者嘗試讓學生利用磁性軟白板進行學習與交流。

首先，每個學生在磁性軟白板上寫出Aa親本自交產生的F1代的基因型，并計算其基因型頻率。接著寫出F1代自交產生的F2代的基因型，并計算其基因型頻率。最后根據其中的變化規律寫出第Fn代的基因型，并計算其基因型頻率。從而構建Aa親本連續自交產生的Fn代AA、Aa、aa基因型頻率的數學模型（圖6）。

反思：利用磁性軟白板建構數學模型與在紙上構建相比，具有易擦易寫、便于展示與交流的優點。與教師用多媒體演示相比，具有引導學生自主參與、積極思考，真切體驗等優點。當然其不易保存的缺點也是顯而易見的，也可以通過抄寫或拍攝來彌補。

磁性軟白板在生物建模中的應用例子還很多，比如將多種顏色的磁性軟白板剪成各種染色體形狀（構建染色體的物理模型），幫助學生更好地理解染色體組的概念，還可以讓學生用來模擬有絲分裂或者減數分裂的過程，從中構建出有絲分裂或減數分裂過程中染色體、DNA數量變化的數學模型；在磁性軟白板上寫上“糖卡”或者“胰島素”或者“胰高血糖素”構建血糖調節的模型；學習種群特征時，構建種群各數量特征的概念模型……

模型建構是科學研究的重要方法，是學生有效學習的重要方式，利用磁性軟白板進行生物建模的學習具有明顯的優點，除了以上敘述的方面，還可以緩解預設生成之間矛盾。只要教師揚長避短地加以開發與研究，定能使教學過程變得更生動有趣，使學生的學習過程變得更自主有效。

參考文獻：

[1] 教育部.普通高中生物課程標準（實驗）[S].北京：人民教育出版社，2003..

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[4] 張笑男.高中生物學模型建構中若干細節的處理[J].生物學教學，2016（3）：23.