物理模型教學(xué)培養(yǎng)高中生生物科學(xué)思維的思考

劉勇環(huán)

【摘要】針對學(xué)生對遺傳學(xué)規(guī)律理解不夠深入的情況，特別是對遺傳過程中出現(xiàn)的各種比例存在混淆，導(dǎo)致學(xué)生在解決遺傳相關(guān)問題時(shí)不能準(zhǔn)確作答的問題，教師要和學(xué)生一起構(gòu)建基因自由組合實(shí)質(zhì)的模型，為學(xué)生理解基因自由組合的實(shí)質(zhì)找到突破口，在該模型的構(gòu)建中培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維，有效提升學(xué)生的生物核心素養(yǎng)。

【關(guān)鍵詞】高中生;模型構(gòu)建;科學(xué)思維;核心素養(yǎng)

“模型構(gòu)建”主要是希望通過教師的引導(dǎo)，幫助學(xué)生自主構(gòu)建模型，并在此過程中感悟?qū)W習(xí)生物的科學(xué)思維、掌握生物的學(xué)習(xí)技巧等。而物理模型以實(shí)物或圖畫形式直觀地表達(dá)認(rèn)識(shí)對象的特征。在新高考的背景下，生物學(xué)科對學(xué)生的要求不再是要求學(xué)生背誦并拿到分?jǐn)?shù)，特別是選考生物的學(xué)生來講，更多的是要求學(xué)生能夠從科學(xué)思維角度出發(fā)，學(xué)習(xí)并理解知識(shí)。因此，教師需要更加關(guān)注學(xué)生科學(xué)思維的培養(yǎng)，一些抽象的知識(shí)可以通過建立模型，特別是物理模型滲透到日常教學(xué)中，令學(xué)生能夠進(jìn)一步完善理科意識(shí)。

普通高中人教版生物《必修二·遺傳與進(jìn)化》第一章“遺傳因子的發(fā)現(xiàn)”的內(nèi)容是比較難理解的，兩大遺傳規(guī)律對于學(xué)生來說，抽象、難懂。因此，在開展該內(nèi)容的教學(xué)時(shí)，借助模型模擬實(shí)驗(yàn)過程，運(yùn)用模型和建模過程給學(xué)生滲入科學(xué)探究思維，將虛擬的過程轉(zhuǎn)化為人人都可理解和觸摸到的現(xiàn)實(shí)，將被動(dòng)接受轉(zhuǎn)化為主動(dòng)探究，讓學(xué)生在構(gòu)建模型的實(shí)踐中理解，進(jìn)而找到學(xué)習(xí)該重難點(diǎn)的方法的突破口。我們的教材僅僅對分離定律進(jìn)行了模擬，在復(fù)習(xí)一輪學(xué)習(xí)的過程中，筆者讓學(xué)生模擬自由組合過程中幾種配子比例形成的過程，通過尋找實(shí)驗(yàn)材料、實(shí)驗(yàn)?zāi)M過程的操作以及對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和分析，學(xué)生找到重難點(diǎn)的突破口。同時(shí)，在該過程中，學(xué)生養(yǎng)成解決實(shí)際問題的思維習(xí)慣和能力。

一、“基因自由組合實(shí)質(zhì)”模型構(gòu)建

1.材料用具

每組小桶2個(gè)，分別標(biāo)記為A、B;A桶有小球20個(gè)，一種標(biāo)記為Y，一種標(biāo)記為y，B桶小球也是20個(gè)，一種標(biāo)記為R，一種標(biāo)記為r;完成第一組實(shí)驗(yàn)后，A桶小球換成性染色體上的等位基因，分別標(biāo)記為XB、Xb;記錄用的紙和筆。

2.模型構(gòu)建

用A、B兩個(gè)小桶分別代表兩對同源染色體，A、B桶的小球代表等位基因，模擬在減數(shù)分裂過程中同源染色體上的等位基因彼此分離，非同源染色體上的非等位基因能夠自由組合。

（1）分組

將全班學(xué)生分成五個(gè)大組，每組成員6個(gè)人。

（2）分裝、標(biāo)記小球

取A、B兩個(gè)小桶，每個(gè)小桶內(nèi)各放小球20個(gè);A桶中的Y小球與y小球各10只，代表常染色體上一對等位基因;B桶中的R小球與r小球各10只，代表另外一對常染色體上等位基因。

（3）混合小球

搖動(dòng)A、B小桶的球，使桶內(nèi)小球充分混合。

（4）每1大組各派2個(gè)學(xué)生分別從代表常染色體的A、B兩個(gè)小桶中隨機(jī)抓取一個(gè)小球，要求學(xué)生閉眼進(jìn)行操作，1個(gè)學(xué)生記錄該字母組合，這表示兩對常染色體上的非等位基因自由組合，剩余3個(gè)學(xué)生在旁觀看學(xué)習(xí)并進(jìn)行指導(dǎo)。第1小組實(shí)驗(yàn)完成后，A桶小球換成代表性染色體上的等位基因，然后換另外2個(gè)學(xué)生來抓小球，1個(gè)學(xué)生記錄下兩個(gè)小球的字母組合，這表示常染色體和性染色體上的非等位基因能夠自由組合。

（5）重復(fù)實(shí)驗(yàn)，將抓取的小球放回原來的小桶，并充分混合小桶，再按上述方法重復(fù)做50～100次（重復(fù)次數(shù)越多，模擬效果越好）。記錄時(shí)，可將四種配子的基因型寫好，以后每抓一次，在不同基因型后以“正”字形式記錄。

（6）計(jì)算小球組合。

（7）實(shí)驗(yàn)結(jié)論分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)，師生總結(jié)得出合理的結(jié)論。

二、選材中發(fā)揮創(chuàng)新精神，提升理性思維

根據(jù)模擬實(shí)驗(yàn)的操作目的，教師進(jìn)行合理引導(dǎo)，參考教科書“性狀分離比模擬實(shí)驗(yàn)”，將全班學(xué)生分成5個(gè)組，每個(gè)組有6人，每組設(shè)1個(gè)小組長，以小組為單位對該實(shí)驗(yàn)進(jìn)行討論，然后形成一個(gè)方案，各小組組長集合討論選取最佳方案。該過程需要生生合作、小組和小組合作探討，不同小組在該過程中有思維火花的碰撞，同時(shí)可以緩沖學(xué)生學(xué)習(xí)理科在感性思維上相對薄弱的問題，特別在新高考背景下，很多文科生選考生物。通過小組方案，筆者發(fā)現(xiàn)學(xué)生們?nèi)〔亩加锌紤]到科學(xué)性和簡單性原則。如，模擬的配子選用不同顏色的紅豆、綠豆代替，有的把紙卷起涂上不同顏色代表不同配子，等等。

三、“物理模型”構(gòu)建過程提升學(xué)生的理性思維

理性思維是指尊重事實(shí)和證據(jù)，崇尚嚴(yán)謹(jǐn)和務(wù)實(shí)的求知態(tài)度，運(yùn)用科學(xué)的思維方法認(rèn)識(shí)事物、解決實(shí)際問題的思維習(xí)慣和能力。簡單來說，理性思維就是一種建立在證據(jù)和邏輯推理基礎(chǔ)上的思維方式。在該模型構(gòu)建過程中，實(shí)操能夠培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維，在數(shù)據(jù)收集時(shí)能夠培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是的態(tài)度，個(gè)別小組的數(shù)據(jù)跟大數(shù)據(jù)出現(xiàn)差錯(cuò)之后能夠引發(fā)他們的思考并且找出原因，從而培養(yǎng)學(xué)生的質(zhì)疑精神。

四、借助“物理模型”構(gòu)建加深學(xué)生的發(fā)散性思維

借助“物理模型”構(gòu)建，讓學(xué)生在構(gòu)建過程中學(xué)會(huì)舉一反三并且應(yīng)用到其它模型的構(gòu)建過程;在“物理模型”構(gòu)建時(shí)能夠很好地發(fā)揮學(xué)生知識(shí)遷移和發(fā)散思維的能力。如，各小組討論后選取最佳方案實(shí)施，然后在實(shí)施過程中，有些學(xué)生發(fā)現(xiàn)，只要滿足同源染色體上的等位基因彼此分離，非同源染色體上的非等位基因自由組合。無論這兩對是常染色體還是常染色體與性染色體，產(chǎn)生的都是四種配子，比例都是1：1：1：1。而且，完成第1小組的實(shí)驗(yàn)再完成第2小組的實(shí)驗(yàn)會(huì)導(dǎo)致重復(fù)的次數(shù)過少、數(shù)據(jù)有很大偏差，所以，將A桶的小球Y和XB，y和Xb標(biāo)記在同一個(gè)小球上。這樣，可以讓2個(gè)學(xué)生搖球，2個(gè)學(xué)生隨機(jī)抓取小球，2個(gè)學(xué)生記錄。在這一過程中，學(xué)生們的參與度和興致得到大大提升。

通過模型建構(gòu)，相信學(xué)生對于分離和自由組合定律實(shí)質(zhì)的理解更加透徹、知識(shí)的穿插點(diǎn)能夠進(jìn)一步拓展。教師通過以基因自由組合實(shí)質(zhì)的模型構(gòu)建為例，在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神、提升學(xué)生的理性思維和發(fā)散性思維方面有很大進(jìn)展，有助于幫助學(xué)生形成核心素養(yǎng)。因此，教師要進(jìn)一步拓展其它模型以及推廣使用，幫助學(xué)生理解重難點(diǎn)知識(shí)。

參考文獻(xiàn)：

[1]房杰.基于生物學(xué)科核心素養(yǎng)教學(xué)目標(biāo)的制訂——以“性狀分離比的模擬”實(shí)驗(yàn)為例[J].中學(xué)生物教學(xué)，2018：34-36.

責(zé)任編輯? 羅良英