淺議高中生物教學(xué)中物理模型的制作方法

劉宗巨

摘 要：在高中生物教學(xué)中，構(gòu)建物理模型是一種有效的學(xué)習(xí)方法，能夠豐富生物教學(xué)形式，推動學(xué)生的生物探究實(shí)驗(yàn)，提高學(xué)生的探究能力，促進(jìn)學(xué)生的全面發(fā)展。

關(guān)鍵詞：高中生物；物理模型；制作

一、物理模型的概念和分類

物理模型不僅包括物質(zhì)模型還包括思想模型。物質(zhì)模型是指以具體的實(shí)物來展示其原來的特征，與原型具有一定的相似度，如設(shè)計(jì)生態(tài)缸等。思想模型是指根據(jù)建模的思維方法以形象化、理想化的方法構(gòu)建的模型，如生物膜流動鑲嵌模型等。

二、高中生物教學(xué)中物理模型使用的意義

1.有利于促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的提高

在生物教學(xué)中，傳統(tǒng)的教學(xué)方式發(fā)生了改變，學(xué)生不再是單純地被動接受知識，而是從問題著手，開始探究、體驗(yàn)和創(chuàng)新。構(gòu)建物理模型，有利于同學(xué)之間的交流，在良好的互動中使抽象問題形象化，學(xué)生能夠直觀地了解生物知識，促進(jìn)了學(xué)生學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)變，發(fā)揮了學(xué)生的主動性，使學(xué)生成為學(xué)習(xí)的主體。物理模型的構(gòu)建還能夠激發(fā)學(xué)生對生物的探究興趣，促進(jìn)小組合作的開展，讓學(xué)生從探究中收獲成功，提高學(xué)習(xí)效率。

2.有利于提高教學(xué)效率

物理模型的使用能夠加深學(xué)生對生物知識的理解，比單純的講授和機(jī)械的練習(xí)更有效。而且有利于提高學(xué)生的建模能力，使學(xué)生能夠在遇到新的情景后自主建模。通過物理建模還能夠?qū)⑾嚓P(guān)生物知識進(jìn)行直觀剖析，展示知識的本質(zhì)屬性，加強(qiáng)知識間的聯(lián)系，幫助學(xué)生形成生物知識體系，提高生物教學(xué)效率。

3.有利于培養(yǎng)學(xué)生的生物學(xué)科核心素養(yǎng)

在物理模型構(gòu)建的過程中，學(xué)生通過小組合作的方式體驗(yàn)建模的過程，學(xué)會了搜集資料和模型構(gòu)建的方法，體會了探索和發(fā)現(xiàn)的過程，提升了科學(xué)精神。同時在物理模型構(gòu)建的過程中，學(xué)生必然會遇到很多困難，通過困難的解決提高了問題解決能力和品質(zhì)，提高了學(xué)生的能力。

三、高中生物教學(xué)中物理模型的制作方法

1.利用教材中的知識構(gòu)建物理模型

物理模型的制作應(yīng)根據(jù)生物的具體形狀、顏色等按照一定的方法來制作，展示事物正確的位置，揭示事物的本質(zhì)，豐富課堂教學(xué)。由于課堂時間有限，在有限的時間內(nèi)應(yīng)選擇一個簡單的物理模型進(jìn)行構(gòu)建，讓學(xué)生有所收獲，有成就感，進(jìn)而保持物理建模的信心。例如，在“制作真核細(xì)胞的三維結(jié)構(gòu)模型”中，教師就應(yīng)讓學(xué)生在了解了細(xì)胞的三大基本結(jié)構(gòu)和細(xì)胞器的結(jié)構(gòu)和功能后，再讓學(xué)生動手制作模型。教師首先讓學(xué)生選擇制作材料，如廢舊報紙，容易獲得，同時也有一定的硬度；在選擇液泡時，學(xué)生所選擇的材料有橡皮泥、氣球等，都十分形象。在制作過程中，教師要引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題，如細(xì)胞器的相對數(shù)量是否科學(xué)等，教師要給予一定的指導(dǎo)和幫助，讓學(xué)生完成自己的作品，然后進(jìn)行互評，指出優(yōu)缺點(diǎn)，力爭下次改進(jìn)。通過此類教材內(nèi)物理模型的構(gòu)建能夠讓學(xué)生從枯燥的文字中形象地體會有關(guān)知識，加深對教材知識的理解，更好地構(gòu)建生物知識體系。

2.利用課外生物知識構(gòu)建物理模型

在課外學(xué)習(xí)過程中，有很多難題都可以通過物理模型的構(gòu)建來解決。例如，在進(jìn)行生物膜的流動鑲嵌的物理模型構(gòu)建過程中，教師可以通過兩種方式構(gòu)建模型，一種是課堂引導(dǎo)，另一種是學(xué)生課后構(gòu)建，課堂演示。第一種，課堂引導(dǎo)構(gòu)建物理模型。在課前，教師應(yīng)給學(xué)生每人準(zhǔn)備一張8K白紙，將紅色卡紙剪成磷脂分子，將綠色卡紙剪成蛋白質(zhì)分子。讓學(xué)生在8K的白紙中間畫一條線，線上面為空氣，線下為水，讓學(xué)生將磷脂分子放入水中，思考如何排序，然后讓學(xué)生動手排列，體會磷脂分子的性質(zhì)，即“腦袋浸水蹺腳”，進(jìn)而提高了學(xué)生對有關(guān)知識的記憶。第二種，學(xué)生課上互評。教師可以充分利用學(xué)生的課余時間完成細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的物理模型構(gòu)建。首先讓學(xué)生預(yù)習(xí)“生物膜的流動鑲嵌模型”，然后讓學(xué)生尋找材料制作模型。在課堂講課之后，教師應(yīng)讓學(xué)生展示自己的模型，并介紹制作方法、進(jìn)行自我點(diǎn)評，然后讓學(xué)生進(jìn)行互評。學(xué)生在老師的指導(dǎo)下構(gòu)建物理模型，不僅能夠讓學(xué)生學(xué)到生物知識，同時也能夠掌握生物思維方法。

四、利用物理模型掌握生物概念

第一，以科學(xué)史為依據(jù)的物理模型。高中生物教學(xué)的重點(diǎn)之一就是生物概念教學(xué)，利用生物科學(xué)史能夠讓學(xué)生掌握更豐富的知識，使概念在一定的背景出現(xiàn)，使學(xué)生更好地理解和接受。例如，在“DNA分子結(jié)構(gòu)”教學(xué)中，就能夠根據(jù)科學(xué)史的物理模型建構(gòu)，讓學(xué)生以此為依據(jù)實(shí)現(xiàn)對概念本質(zhì)的理解。教師就可以利用科學(xué)家沃森和克里克的研究讓學(xué)生動手建模，理解DNA分子結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，體會科學(xué)成果來之不易，掌握一定的科學(xué)研究方法。

第二，利用對比構(gòu)建物理模型。在生物概念的學(xué)習(xí)中，經(jīng)常會遇到抽象的概念，教師可以利用物理建模為學(xué)生提供熟悉的概念，提升對概念的理解。例如，可以薩頓的比較基因和染色體在細(xì)胞及減數(shù)分裂過程的變化對比出基因和染色體存在的平行關(guān)系，進(jìn)而推測基因在染色體上。

第三，借助顯性化的物理模型。教師應(yīng)通過顯性化的物理模型讓學(xué)生的思維顯性化，掌握學(xué)生對概念的掌握程度，提高概念的教學(xué)效率。例如在學(xué)習(xí)“DNA重組技術(shù)的基本工具”時，教師可以讓學(xué)生利用紙片、剪刀等工具構(gòu)建一個“DNA重組技術(shù)的模擬操作”，判斷學(xué)生對有關(guān)概念的認(rèn)識和理解。

在高中生物中還有很多知識能夠用于物理建模，如真核細(xì)胞的三維結(jié)構(gòu)模型、血糖調(diào)節(jié)模型等，這里不再一一闡述。總之，在高中生物教學(xué)中利用物理模型能夠幫助學(xué)生引出問題、探究問題和理解問題，讓學(xué)生重溫科學(xué)探索之路，從中掌握物理建模的方法，提升物理建模的能力。

參考文獻(xiàn)：

[1]鄭峰.例談在高中生物教學(xué)中物理模型的構(gòu)建[J].亞太教育，2015（15）：55.

[2]萬蔡琳.采用自制物理模型構(gòu)建高中生物概念的實(shí)踐探索[D].南京師范大學(xué)，2015.

注：本文系2018年度甘肅省“十三五”教育科學(xué)規(guī)劃課題《高中生物教學(xué)中物理模型建構(gòu)的行動研究》，課題立項(xiàng)號：GS[2018]GHB3534。

編輯 郭小琴