淺析模型方法在教學中的運用——以“光合作用的原理與應用”為例

謝 標

(江蘇省宜興市丁蜀高級中學 江蘇無錫 214200)

運用模型構建展示事物的原型、特征和本質，是人們認識自然界的一種重要的方式，也是人類科學思維能力發展的重要方式，模型構建在人們理解自然界事物的本質、探索自然界未知規律的過程中，起著重要的作用。為了適應未來社會發展的需要，培養更多合格祖國發展的建設者，高中生物新的《課程標準》規定，模型與模型構建是培養學生核心素養的重要內容之一。《標準》明確提出，讓學生獲得生物學基本事實、概念、原理、規律和模型等方面的基礎知識，領悟假說——演繹法、建立模型等科學思維方法及其在科學研究中的應用。新課標對高中生物的每個模塊的模型與模型構建提出了不同的要求。本人就“光合作用的原理與應用”這節內容，闡述物理模型與建模在教學中的運用。

光合作用的原理與應用是高中生物教學中的重點，也是難點，包括光合作用的概念、光合作用的原理、光合作用的原理的應用，都比較抽象，如果能結合物理模型的方法進行教學，就能夠很直觀地將光合作用的相關內容展示在學生眼前。

一、葉綠體物理模型的建構

物理模型以實物或畫圖形式直觀表達認識對象的特征。一般普通高中因條件限制，不可能通過電子顯微鏡的方法觀察葉綠體的微觀結構，為了使學生能直觀地看到葉綠體的微觀結構，加深學生的表象，構建葉綠體和光合作用原理的物理模型，是最有效的教學方式。這樣做不僅能培養學生的識記水平，還能夠培養學生的動手制作能力、合作探究能力，進而達到培養學生科學思維能力的目的。

筆者在教學中首先向學生展示葉綠體的物理模型，引導學生閱讀教材識記葉綠體各部分結構的名稱，并能說出實物模型的各總分結構和名稱，然后指導學生用超輕黏土動手做葉綠體的物理模型。學生兩人一小組共同合作動手制作葉綠體的物理模型，整個過程中，同學之間相互分工，有爭執、有贊同，同學們的積極性很高，合作得很愉快。十分鐘后，有較多同學完成，而且幾個小組做的模型甚至與展示的實物模型極為相近，效果很好。

這種教學方法打破以往的教學常規，只是讓學生識記葉綠體的結構的淺層次的學習，是機械學習，是無意義的學習。讓學生在活動中獲知識，獲得的知識是通過學生親身體驗得來的知識，記憶是永久的，體驗是深刻的。本人認為這種組織學生在活動中學習的教學方法，能夠激發學生學習興趣，促進學生深度學習，適應學生的身心發展規律，不僅能使學生獲得知識，還能培養能力，能較好地培養學生科學思維，體現生物學科核心素養的養成。

二、光合作用原理物理模型構建

光合作用的原理是一個比較抽象的過程，是高考考查的重點，也是學生學習的難點。為了達到較好的教學效果，大多數教師是采用引導學生畫光合作用原理的過程圖解或者是直接呈現光合作用原理的圖解的方法展開教學。為了取得更好的效果，在這部分內容的教學時，我讓學生動手做光合作用原理的物理模型。

首先，提出幾個問題，如，光合作用的原理分哪幾個階段？進行的場所是什么？每個階段的反應物是什么？每個階段的產物是什么？等，請同學們結合自己制作的葉綠體模型逐一討論。為了正確引導學生學習，糾正學生的錯誤，培養學生評價與自我評價的能力，要求小組代表交流小組內討論的結果，達到使學生正確識記教材內容的目的。其次，組織學生進行光合作用原理的物理模型的制作。仍然是兩人一小組，用超輕黏土做出光合作用過程中用到的所有物質，并逐一黏在自制的葉綠體模型的相應位置，位置代表發生的場所，有的同學甚至把與光合作用有關的色素都做了出來。整個制作過程同學們很投入，每個小組活動都在有條不紊地開展著，同學們很專心、積極性很高。

幾分鐘后模型做好了，緊接著由小組代表展示模型，并結合模型進行解說，講解的同學講得清晰，聽的學生聽得認真。這樣的學習是學生主動的獲取知識的過程，很好地加深了學習的深度，激發了學生的興趣，培養了學生的能力。這種教學方法，使每一位同學都參與到學習過程中，充分體現了教學要面向全體學生原則。

三、光合作用原理物理模型的應用

組織學生進行物理模型的建構，幫助學生有效識記、理解書本知識，更好地培養學生的科學思維能力。如何運用模型解決問題呢？如何把模型運用到具體情境中去呢？

（一）幫助學生理解光合作用的概念

光合作用的概念是指“綠色植物通過葉綠體，利用光能，將二氧化碳和水轉化成儲存能量的有機物，并釋放氧氣的過程”，在模型面前，概念中的每個要點都能在模型中找到，也會發現光合作用的概念概括得如此之準確，一個字都不多余，一個字都不浪費。這種教學方法，學生獲得的概念是親身體驗得來的，是在理解的基礎上獲得的，記得更久、用得更活。

（二）幫助學生理解光合作用的化學反應式

對光合作用的化學反應式，部分學生總是死記硬背，不去理解性的記憶，所以經常出錯。如何才能理解性地記住光合作用的反應式呢？

可以根據光合作用的概念記，從概念中可以看出光合作用的反應物是二氧化碳和水，產物是有機物和氧氣，條件是光和葉綠體，但是比較抽象。

教學過程中為了達到使學生對光合作用反應式理解的目的，我結合光合作用原理的物理模型展開這部分內容的教學，首先讓學生對照光合作用原理的模型，找出光合作用過程中所有的反應物、中間產物、最終產物。很顯然，從模型中可以清晰看出，從環境中進入葉綠體的物質就是原料，最終從葉綠體中出來的新物質就是最終產物。根據化學反應式的書寫方法，反應物寫在箭頭前，終產物寫在箭頭后，中間用箭頭連接。緊接著提問學生，光合作用正常進行還需要什么條件呢？從模型中可以看出光合作用的進行是在葉綠體中進行的，要有光，這樣就自然而然地正確、完整地寫出了光合作用的化學反應式。這樣寫出的化學反應式是在理解的基礎上寫出來的，在學生的頭腦中有直觀表象，記憶是長久的，學習是有意義的。

（三）幫助學生理解光合作用的影響因素

影響光合作用的因素有環境因素和內部因素，比如環境因素發生改變，光合作用過程中產生的氧氣的量如何變化，葉綠體基質內的三碳化合物和五碳化合物的量如何變化等。如果能夠結合光合作用原理的模型來分析就比較清晰。

在教學的過程中，為了使學生理解環境因素對光合作用的影響，學生先將自制的光合作用的原理的模型展示在面前，然后教師提出問題：如果空氣中的二氧化碳的含量突然變少，請問，短時間內葉綠體中三碳化合物如何變化？五碳化合物的含量如何變化？光合作用產生氧氣的速度如何變化？接著以小組為單位展開討論，學生結合模型積極主動地展開討論，并利用模型進行演示變化的過程，一目了然。為了進一步熟練運用模型，再提出一個問題，發果突然停止光照，短時間內葉綠體中三碳化合物如何變化？五碳化合物的含量如何變化？光合作用產生氧氣的速度如何變化？可以當堂訓練，也可留作課后思考。

以上就是本人就模型與模型構建的一點嘗試，通過運用模型的方法進行“光合作用原理與應用”的教學，體驗到了模型方法教學的優勢，親身體會到了模型方法的精髓，體會了在探索和發現中學習的真諦。我也深刻認識到，學生只有在做的過程中才能真正領會、內化知識，才是真正意義上的深度學習，是有意義的學習，是面向全體學生的教學，是“死記硬背”無法達到的學習效果。因此，在具體教學中必須引導學生切實地在做中學，讓學生中探索科學的過程中發現科學規律，領悟模型與建模的方法，感悟模型與建模的魅力，培養學生的科學思維能力，使教學真的在為學生的發展服務，真正落實新課標提出的核心素養的養成米目標。