例談高中生物教學(xué)中物理模型的應(yīng)用策略與效果

呂翠香

摘要 通過(guò)教學(xué)實(shí)例，從模擬生理難點(diǎn)、巧設(shè)問(wèn)題梯度、精選建模形式、制作簡(jiǎn)易模型、合理篩選內(nèi)容五方面介紹物理模型在高中生物教學(xué)中的應(yīng)用策略與效果。

關(guān)鍵詞 生物學(xué)教學(xué) 物理模型

中圖分類號(hào) G633.91 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 B

“模型”是人們?yōu)榱四撤N特定目的而對(duì)認(rèn)識(shí)對(duì)象所作的一種簡(jiǎn)化概括性的描述，而“物理模型”則是通過(guò)實(shí)物或圖畫形式直觀、形象地表達(dá)認(rèn)識(shí)對(duì)象的特征。物理模型有助于教師充分挖掘和利用教材，突破教學(xué)重難點(diǎn)，提高課堂教學(xué)的效率。物理模型的構(gòu)建過(guò)程可以引導(dǎo)學(xué)生模擬科學(xué)家的思維，讓學(xué)生在動(dòng)手操作過(guò)程中理解和完善物理模型，從而更深入地理解知識(shí)。

1模擬生理難點(diǎn)，知識(shí)形象化

生物中很多生理現(xiàn)象都是微觀、抽象的，如細(xì)胞分裂、DNA復(fù)制等過(guò)程，教師通過(guò)圖片、動(dòng)畫等形式能促進(jìn)學(xué)生進(jìn)行直觀了解。然而，不少學(xué)生對(duì)生理過(guò)程的很多細(xì)節(jié)并不能真正領(lǐng)悟。例如，在遺傳信息的翻譯過(guò)程中，如何判斷起始密碼子，如何確定tRNA上攜帶的氨基酸種類，核糖體如何移動(dòng)，學(xué)生并不能做出準(zhǔn)確的解釋。教師借助物理模型，引導(dǎo)學(xué)生模擬相關(guān)的生理過(guò)程，能讓學(xué)生在合作中更好地理解教學(xué)難點(diǎn)。

教師課前準(zhǔn)備模型材料：mRNA片段、多種tRNA、多種氨基酸、核糖體。為了更好解決教學(xué)難點(diǎn)，教師應(yīng)給予指導(dǎo)，例如規(guī)定mRNA的堿基序列（使前三個(gè)堿基不構(gòu)成起始密碼子，最后三個(gè)堿基不構(gòu)成終止密碼子）、tRNA和氨基酸的種類和數(shù)量、核糖體內(nèi)部堿基數(shù)量（六個(gè)）等細(xì)節(jié)。

模擬“翻譯”等生理難點(diǎn)是在學(xué)習(xí)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)后的體驗(yàn)過(guò)程。當(dāng)學(xué)生遇到構(gòu)建困難時(shí)，往往通過(guò)小組討論、教師及時(shí)指導(dǎo)就能得到很好的解決（圖1）。這種模型的構(gòu)建活動(dòng)屬于最簡(jiǎn)單的模擬訓(xùn)練，學(xué)生通過(guò)動(dòng)手合作，能將抽象知識(shí)形象化、微觀現(xiàn)象可視化，有助于他們及時(shí)內(nèi)化知識(shí)，梳理學(xué)習(xí)盲點(diǎn)。

2巧設(shè)問(wèn)題梯度，方向明確化

學(xué)生學(xué)會(huì)構(gòu)建物理模型，深入理解教學(xué)重難點(diǎn)，這僅僅是教學(xué)目標(biāo)的基本要求。教師在教學(xué)過(guò)程中要營(yíng)造一個(gè)自由開(kāi)放的互動(dòng)平臺(tái)，創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，引導(dǎo)學(xué)生積極參與合作學(xué)習(xí)，進(jìn)一步促進(jìn)新知識(shí)的生成。例如，在學(xué)習(xí)“基因工程”時(shí)，通過(guò)物理模型的構(gòu)建活動(dòng)，有利于學(xué)生自主發(fā)現(xiàn)并深入理解DNA連接酶的作用。

教師參考選修3教材第6頁(yè)模擬制作，課前準(zhǔn)備藍(lán)色和紅色兩種等寬硬紙板，并按教材要求在兩種紙板上依次等距離寫上相應(yīng)字母。

在初步了解限制酶和DNA連接酶的作用后，學(xué)生開(kāi)始模擬重組DNA分子的形成過(guò)程（圖2）。

在模型活動(dòng)之前，不少學(xué)生誤以為DNA連接酶只能把兩種來(lái)源不同DNA的相同黏性末端連接起來(lái)。針對(duì)學(xué)生的認(rèn)識(shí)誤區(qū)，教師可設(shè)計(jì)問(wèn)題：怎樣的DNA片段才能連接起來(lái)？目的基因只能與載體重組嗎？經(jīng)限制酶切割后，DNA連接酶形成的環(huán)狀情況有哪些？哪種是我們想要的？如何更有效得到我們想要的那種？

在這種建模活動(dòng)中，學(xué)生的發(fā)展空間很大，也容易出現(xiàn)模型構(gòu)建的隨機(jī)性和盲目性。所以，教師的導(dǎo)向作用非常重要，通過(guò)問(wèn)題的指引有助于學(xué)生在積極討論中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并解決問(wèn)題。此外，教師還要恰當(dāng)把握小組探究活動(dòng)的進(jìn)程，在關(guān)鍵時(shí)刻進(jìn)行點(diǎn)評(píng)和總結(jié)，讓學(xué)生及時(shí)把握學(xué)習(xí)的方向，深入理解知識(shí)要點(diǎn)。

3精選建模形式，學(xué)習(xí)主動(dòng)化

物理模型的形式主要是實(shí)物和圖畫，前者常包括紙板、白板貼和吸鐵石等。教師應(yīng)根據(jù)實(shí)際教學(xué)的需要，選擇不同形式的物理模型開(kāi)展教學(xué)，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生參與活動(dòng)的主動(dòng)性和積極性。例如“生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型”一節(jié)，學(xué)案教學(xué)和白板貼的教學(xué)效果各有千秋。

教師課前準(zhǔn)備模型材料：學(xué)案（里面多處設(shè)計(jì)學(xué)生畫圖）；（白板貼）磷脂分子若干個(gè)、蛋白質(zhì)分子若干個(gè)。

①學(xué)案教學(xué)（圖3）：教師引導(dǎo)學(xué)生分析并同步畫出磷脂分子在“空氣—水”交界面的排布方式；推測(cè)細(xì)胞膜上的磷脂分子排布情況；根據(jù)羅伯特森的推測(cè)，畫出蛋白質(zhì)的分布情況（“三明治”模型）；根據(jù)科學(xué)家的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，糾正并完善蛋白質(zhì)的分布情況；最后，學(xué)生在學(xué)案上和黑板上留下連續(xù)的模型構(gòu)建過(guò)程。

②白板貼教學(xué)：教師也是按上述順序引導(dǎo)學(xué)生分析并得出流動(dòng)鑲嵌模型的發(fā)展歷程。由于每小組只有一套模型材料，所以學(xué)生每次都必須把之前構(gòu)建的模型拆掉，然后再構(gòu)建新模型，最后只有圖4保留下來(lái)。

畫圖和白板貼都能充分調(diào)動(dòng)學(xué)生參與探究歷程并自主完成模型構(gòu)建。其中白板貼操作方便，模型美觀；而畫圖則有利于學(xué)生從整體上了解磷脂分子和蛋白質(zhì)分子排列的發(fā)展歷程。不同形式的模型構(gòu)建各有利弊，教師應(yīng)根據(jù)實(shí)際需要，選擇不同的模型形式，達(dá)到最佳的課堂教學(xué)效果。

4制作簡(jiǎn)易模型，深入淺出化

由于生物學(xué)知識(shí)的特殊性，教材中經(jīng)常配備相關(guān)圖片輔助教學(xué)，教師也經(jīng)常下載視頻等資源幫助學(xué)生理解知識(shí)點(diǎn)。但教材中某些內(nèi)容的表述很抽象，而且也不容易下載到相關(guān)資源。例如，選修3中“DNA分子雜交”，學(xué)生在自主閱讀相關(guān)文字后，基本上都處于懵的狀態(tài)。如果教師僅通過(guò)文字進(jìn)行解釋，不少學(xué)生仍處于一知半解的狀態(tài)。此時(shí)，教師制作簡(jiǎn)易的物理模型，就能輕易地突破教學(xué)難點(diǎn)。

教師課前準(zhǔn)備模型材料：不含目的基因的DNA片段、含目的基因的DNA片段（用鮮艷的顏色把目的基因部分進(jìn)行標(biāo)注）、基因探針（用不同顏色的材料表示）。

教師借助物理模型，把DNA分子雜交過(guò)程逐步演示（圖5）：了解“不含目的基因的DNA片段”、“含目的基因的DNA片段”和“基因探針”的含義；DNA片段在一定條件下解鏈；基因探針與含目的基因的DNA鏈結(jié)合；通過(guò)一定技術(shù)顯示雜交帶。

通過(guò)簡(jiǎn)易物理模型的演示過(guò)程，學(xué)生就能直觀地理解知識(shí)難點(diǎn)。類似例子在生物教學(xué)中層出不窮，這就需要教師用心收集或制作教學(xué)素材，做好學(xué)生學(xué)習(xí)的引路人，用最少的語(yǔ)言幫助學(xué)生達(dá)到最好的學(xué)習(xí)效果。

5合理篩選內(nèi)容，建模有效化。

物理模型在高中生物教學(xué)中的應(yīng)用效果是顯而易見(jiàn)的，但是很多教師為了節(jié)省教學(xué)時(shí)間，忽視知識(shí)的生成過(guò)程，使學(xué)生失去嘗試建模的機(jī)會(huì)。事實(shí)上，模型構(gòu)建占用課堂時(shí)間并不多，其效果卻不容忽視。例如必修1講到染色質(zhì)和染色體是同一種物質(zhì)在細(xì)胞不同時(shí)期的兩種存在狀態(tài)時(shí)，教師只需要用縮短的電話線類比于染色體、用拉長(zhǎng)的電話線類比于染色質(zhì)，學(xué)生就會(huì)恍然大悟。

當(dāng)然，并不是所有內(nèi)容都適合應(yīng)用物理模型輔助教學(xué)，對(duì)于可用可不用物理模型的內(nèi)容，教師可以尋求更好的途徑加以代替。例如必修1講到氨基酸數(shù)、肽鏈數(shù)和肽鍵數(shù)的關(guān)系時(shí)，筆者曾制作氨基酸模型（圖6），乒乓球代表中心碳原子，梯形代表羧基（紅色），長(zhǎng)方形代表氨基（綠色），上下兩個(gè)結(jié)構(gòu)分別代表氫和R基。然后讓學(xué)生演示四肽的形成過(guò)程，并數(shù)出肽鍵的數(shù)目。由于該模型繁瑣，學(xué)生不容易找出三者的數(shù)量關(guān)系。筆者重新設(shè)計(jì)新的表格（表1），引導(dǎo)學(xué)生對(duì)表格中數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，自主歸納規(guī)律，反而取得了很好的效果。

由此可見(jiàn)，教師只有充分鉆研教材，合理確定建模內(nèi)容，選擇合適的建模形式，通過(guò)有效的物理模型構(gòu)建，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生參與課堂的積極性，促進(jìn)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)和思維的可持續(xù)發(fā)展，才能實(shí)現(xiàn)構(gòu)建高效課堂。