高中生物教學中物理模型建構的策略及案例分析

摘要：高中生物教學中增強學生物理模型建構思維和方法的訓練，對于培養學生的創新精神、提高學生物理模型建構的能力、解決教學難點是非常必要的。在物理模型建構過程中，合理地運用教學策略，可以獲得良好的教學效果。

關鍵詞：物理模型建構;教學策略;案例分析

隨著教學改革的不斷推進，對學生核心素養的培養已經成為新一輪課程改革的新指向、新動力。高中生物《分子與細胞》模塊內容較抽象，而高一學生的抽象思維還有待進一步的發展，要想掌握這些必備知識，用傳統的講述式教學模式來完成勢必有很大難度。筆者認為，通過物理模型建構的科學思維方式來探討細胞水平上的生命規律是一個解決以上問題的好辦法。在有關物理模型建構的教學過程中，教師所運用的恰當的教學策略就會在培養學生的建模思維，增強學生的模型建構等關鍵能力方面發揮重要作用。

一、 角色扮演教學策略及案例分析

（一）策略

與初中學生相比，高中學生更加敢于大膽地發表自己的見解，喜歡表現自己，愿意在活潑、寬松的氛圍中和教師一起控課，得以彰顯出他們的獨立性、自主性。根據高中生以上特點，在解決某些教學難點時，可以在課堂教學過程中運用角色扮演教學策略，教師當“編導”和“導演”，學生扮演教師創設情境下的“演員”和“觀眾”，在教學相長中達成教學目標。在角色扮演過程中，學生的成就感自然而生，多方面的才能得以發展。

此教學策略含有三個基本要素，即角色、情境、目的。角色是角色扮演教學法的核心要素，在角色扮演中，學生就是要跳出自己的身份，以任務中特定的角色進行思考、說話和行動。

在運用角色扮演式教學策略時，首先要找到教學難點知識與學生之間的契合點，也就是要明確通過角色扮演要達到什么目的。如學生的兩臂向身體兩側伸直且與身體軀干垂直，兩腿緊并，建構了一個氨基酸分子結構的物理模型。左手扮演氨基，右手扮演羧基，頭部扮演側鏈基團，并緊的兩腿扮演氫原子。扮演者和觀眾借用這個物理模型來學習氨基酸分子的結構就會變得很簡單，而且印象非常深刻。除此之外，教師創設的情境應該能激發學生濃厚的興趣，喜歡去做“演員”，能全身心地投入到表演的過程中。教師創設的情境應該能使充當“觀眾”的學生喜歡觀看表演、敢于提出問題、交流自己的看法。萬事開頭難，這一環節將決定著角色扮演策略是否能順利進行。學生表演結束后，教師要善于總結和拓展，將解決疑難問題的方法外化于行，內化于心，將學生學習的內驅力徹底地激發出來，幫助學生日后自己解決更多的問題做充分的準備。

（二）案例分析

脫水縮合是細胞中發生的一個非常重要的生理過程，其涉及一些有機化學的知識。但對高一的學生來說，他們還沒有學到化學學科中的有機化學部分，有機分子中的化學基團的名稱及結構一無所知。怎樣解決這個棘手問題，確實是教學上的一個挑戰。

筆者采用角色扮演的教學策略，對氨基酸分子結構特點、脫水縮合過程的原理等分子水平上的研究宏觀化，即以角色扮演的手段引導學生建構了相關的實物物理模型，成功地突破了教學上的難點，突出了教學重點。筆者首先組織學生用他們自己的肢體扮演氨基酸分子。在理解了氨基酸分子結構特點之后，再組織若干名學生扮演多種氨基酸，通過一個學生的左手拉另一個學生的右手來演示一個氨基酸的氨基與另一個氨基酸的羧基形成肽鍵、脫去一分子水的過程。接下來，趁熱打鐵，開展了不同人數的拉手、改變順序的拉手、與不同人的拉手等一系列的拓展活動，進而加深了對蛋白質結構具有多樣性的理解。這一過程，在一定程度上增強了學生探究的主動性和創造性，讓建構物理模型的本領應用在未來的學習中。教師在教學中的“主導作用”和學生在教學中的“主體作用”也充分地發揮出來了，創造出了求真務實的學習氛圍。筆者認為，經過這節課，教師的主導作用得以真正地發揮，學生承擔角色任務，增強了交際能力、溝通能力，提升了物理模型建構的思維，學會了較難理解的知識。

二、 問題情境教學策略案例分析

（一）策略

問題情境教學策略是指在教學過程中教師有目的地創設生動性、具體的教學情境，以問題的形式整合相關教學內容，呈現在學生的面前的一種教學策略。例如，在教學過程中，教師按照學生的認知規律，由簡單到復雜，將一些問題形成有機整體貫穿于整個課堂，讓學生在質疑中尋找答案來激發學生的學習興趣。此教學策略的有效實施讓學生在探索中能夠體驗到快樂，進而提高了學生的學科素養，增強了學生學習效率。

教師在實施問題情境教學策略過程中，要根據課標要求、教學內容、學情等去設置較為形象化的問題情景。否則，既突破不了教學的難點和重點，也不會引發學生對知識的渴求，更不會促進學生的有效思考、合作探究，最終導致教學目標的達成失敗。

在運用此教學策略時，創設的問題情境既可以安排在教學的導入環節，還可以貫穿整個教學過程。教師要引導學生，將通過解決問題后所得的結論進行歸納，構建知識體系。將解決的問題整合到已有的知識結構中，這樣，已有的知識體系得到了進一步發展并完善。切記只注意局部小問題，忘記了問題的整體意義，這樣會造成學生的學習思維、建模能力等多種能力無法提高。切記只問不答，自問自答，這樣會導致學生的學習方式無法改進，科學探究等生物科學素養的養成讓人擔憂。

（二）案例分析

《分子與細胞》模塊中第4章《第2節生物膜的流動鑲嵌模型》的教材內容，是一個非常適合提高學生物理模型建構思維和能力的教材內容。以科學家探索的歷程為背景，如同學生親身經歷的一個個探究過程，筆者通過給學生提供事實資料，引導學生自己做出分析、推理、假設、判斷，進行實物物理模型的建構，最終在獲取知識的同時掌握了一項建構模型的技能。

在此次教學活動中，筆者按照科學家發現的過程，恰當地設置了教學情境，問題由淺入深地鋪開，學生能夠根據事實材料和自己的判斷構建出了不同時期科學家認為的生物膜模型。學生在教師的組織、引導、輔助下，成功地構建出接近科學真實的物理模型，喜悅之情不能言表。學生積極參與此次物理建構活動，在建構模型的過程中，他們能夠真正地理解物理模型建構的一般過程，懂得了改進物理模型的依據;真正地體會到了應用物理模型來解決實際問題所帶來的益處。

三、 小組合作學習的教學策略案例分析

（一）策略

小組合作學習的教學策略遵循的教學理念主要是“教師為主導、學生為主體”，從教學組織的形式來看，主要是學生以小組的方式學習，通過師生、生生間相互交流，圍繞同一活動主題進行模型建構，共同完成設定的任務，以小組整體成績作為主要評價依據的教學策略。一般來說，合作學習包括五個必備特質：積極互賴、個人責任、面對面的積極相互作用、社交技能、小組加工。

筆者認為，小組合作學習的教學策略的一般步驟及注意事項如下：第一步驟是情境創設。教師根據學生已有的認知結構和能力，設置符合學情的教學情境，導入新課。教師創設的教學情境一要能激發學生的想象，喚起學生已有基礎知識的回憶;二要有目標意識、學習目標明確的、積極的學習情境。第二步驟是教師的講授與學生的自學。學生自己能學會的知識，采用學生自主學習的方式，學生難于理解的或不能理解的知識，由教師通過講授相關難點知識，幫助學生解決。第三步驟是此教學策略實施的最核心的部分，關系到教學效果的好與壞。在合作學習活動之前，學生一定要明確組建學習小組的原因及相關規則。在合作學習活動中，教師要加強學生的合作意識，提高學生的合作技能水平，與學生共同完成活動內容，促進其有效的交流互動，指正偏離學習任務的苗頭，對合作不順利的小組提供情感、知識等方面的幫助。第四步驟是交流展示、評價總結。總結的形式可以是回答教師的提問，還可以是提交本組的研究方案、討論結果，以及教師的檢測結果等。此時，教師要記錄好，客觀評價。第五步驟是課堂反饋。以上步驟結束后，必須做一定量的練習題以鞏固學習成果，也有利于評價各小組的學習效果。

（二）案例分析

真核生物體細胞增殖的組要方式之一——有絲分裂，是魏爾肖在修正的細胞學說中提到的“細胞只能由細胞分裂而來”的證據，還是必修2中“減數分裂”內容的重要基礎。此外，植物組培、克隆等生物技術都與細胞的有絲分裂密切相關。由此可見，有絲分裂的知識內容起著承上啟下的銜接作用。因此，在教學設計中把“有絲分裂的過程”定為了本章本節的教學重點和教學難點。

筆者采用了小組合作學習的教學策略開展本部分內容的教學活動，在教學過程中，教師不再是教學關系里絕對的掌控者，而是學生展示自我的協助者。在組織學生進行小組合作學習之前，筆者先將“染色質的復制”“著絲點的分裂”等學生自己解決不了的知識精講，為小組合作學習掃清了障礙，確保活動順利地開展。對學生自己可以解決的問題，組織各小組不斷地思考，磋商，動手演練，建構不同種類的物理模型，圓滿地達成了預設的任務。小組內成員和小組間成員的相互評價，可謂二次提取知識，還可發現易出錯的地方，從同伴的失誤中得到啟發，增強了自己糾錯的本領。由此可見，物理模型的建構意義深遠。

四、 建議

一是在常規教學中，教師要有意識地將相關知識內容的學習與模型建構思維有機地融合在一起，經過長期的熏陶，學生就能夠掌握物理模型建構的方法，而且在某些問題上，習慣于用物理模型建構的思維去解決問題了。

二是一般來說，廣大生物教師和學生并沒有十分重視它，原因是高中階段學習負擔非常重，生物課相對其他科目課節較少，教師擔心建構物理模型活動會占用太多的時間。在根據知識內容和學生的實際建構物理模型時，應采取不同的教學策略，就可以大大地提高物理模型建構的有效性。不一定是整節課都在建構物理模型，單獨拿出某個教學環節也可以搞物理模型的建構;建構物理模型的場所既能發生在課堂上，還可以是課下其他場所;建構物理模型的課型既能發生在新授課中，還能發生在復習課中。

三是靈活運用物理模型建構教學的前提，就是教師應該熟知物理模型建構的理論及技能。教師在開展建模活動時，必須要清楚建構物理模型的一般步驟及注意事項等，僅僅通過旁聽一節物理模型建構的公開課，觀看一段物理模型建構的視頻，就能在教學中應用自如是不可能的。在實踐中，教師通過不懈的總結，吸取教訓，才能增強自身的技能。

四是針對不同的教學任務及教育對象，要仔細斟酌，采用的教學策略只要抓住了高中學生的認知特點，就能有效地加強他們的動手制作模型的能力、語言表達能力、分析推理能力等建構模型的能力。

五是教學者一定要意識到，培養學生的物理模型建構思維絕不是一朝一夕就可完成的，需要多次應用適合的教學策略去幫助完成這個教學任務。學習者也要有意識地將建構物理模型的能力不斷地提高，將這項關鍵能力不斷地擴大實踐范圍，將此優良的學習方法輻散到多個學科中，必將快速地提高學習效率。

參考文獻：

[1]方麗.角色扮演教學法及其有效策略研究[D].南京：南京師范大學，2016.

[2]陳蘭.高中生物合作學習有效性的實證研究[D].桂林：廣西師范大學，2008.

作者簡介：

黃海榮，內蒙古自治區呼倫貝爾市，內蒙古自治區呼倫貝爾市海拉爾區鐵路第一中學。