淺析生物物理模型的建構

模型是人們為了某種特定目的而對認知對象所做的一種簡化的概括性的描述。這種描述可以是定性的，也可以是定量的；有的借助于具體的實物或形象化的手段，有的則通過抽象的形式來表達?！睹绹鴩铱茖W教育標準》中的表述是“模型是與真實物體、單一事件或一類事物對應的而且具有解釋力的試探性體系或結構”。

生物模型大體分為物理模型、概念模型、數學模型等。物理模型是以實物或圖畫形式直觀地表達認知對象的特征。其中，部分物理模型需要師生動手制作，從而使生命現象或過程得到簡化，使學生更加容易理解。

1、建構物理模型的作用和意義

1．1提高學生學習生物科學的興趣

生物課本上的很多知識是以理論的形式呈現出來，學生的學習屬于一種靜態的吸收和思考，長時間的理論學習，難免會覺得枯燥與乏味。在制作物理模型的過程中，使靜態的知識動態化，通過學生對抽象事物的理解，將其轉化為易于理解和消化的模型，增強了本學科的趣味性，使學生參與到學習的活動中，從中獲得知識與樂趣。

1．2增強學生學習的主動性

在生物學的教學過程中，課堂的學習過程中主要是對理論知識的學習，而課堂的教學時間有限。物理模型對幫助學生理解知識有很大的幫助，在課堂中對本模型做一些簡單的介紹，并有一個標準的模型進行示范，讓學生充分利用課外時間，來完成物理模型的制作。這樣提升了學生在制作過程中解決問題的能力，成功的制作物理模型渴望，提高學生學習的積極性和主動性。

1．3促進學生對知識的深入了解

抽象的概念和理論使學生在大腦中轉化為自身的知識比較困難，并且可能只是停留在現象的表面，很多結構復雜的問題難以解釋清楚。高中階段的實驗較為簡單，所以對部分微觀或宏觀的抽象事物不能夠做明確的闡述。物理模型就起到了很重要的作用，它是介于理論知識和實驗中間的一種加強學生對知識理解學習的有效方式，將一些結構的重點部分形象的呈現出來，從而使學生在制作模型的過程中體會所學和查找的相關知識。

1．4培養學生的互助合作精神

在物理模型的制作過程中，每一個模型的制作都有難點存在，需要幾個學生相互配合才能夠完成。在學生動手操作的過程中，分工明確、相互幫助，遇到問題協商解決，每一個模型的完成都需要團體成員的配合。這樣不僅提高了學生的動手操作能力，也培養了學生的合作精神，這正是在科學探究過程中所必不可少的要素。同時有助于加強班級同學之間的凝聚力，營造科學探索的氛圍。

1．5增強學生的創新意識和創新能力

學生在進行物理模型的制作過程中就是將研究過程的一種重復，從而體會科學家在探索過程中是如何解決問題，并一步步向前摸索的。培養和熏陶學生對科學的認知態度，善于發現身邊的生命現象和問題的能力，通過一些簡單的模型制作使學生的創新能力得以提升，為以后進行進一步的科學探索和學習打好基礎。

2、學生建構物理模型需要注意事項

2．1讓學生正確認識真實存在與模型之間的差異

模型的制作使得知識更加形象化，利于學生的理解。然而在模仿的同時，會與真實的結構或理論有一定的差距，可能會用到一些抽象的物體來替代，或者是在大小、形狀和某些部位有一些不同。因此，在模型制作結束后，要進行一定的總結，使學生認識到模型與真實與理論之間的差距，進行比價分析，確保所學知識的真實性。

2．2合理評價學生構建的模型

在對學生的模型進行評價的過程中，需要注意對學生所構建的模型進行客觀和全方面的評價。模型的展現形式是多種多樣的，學生在制作的過程中所用的材料也不盡相同，主要是對模型是否能夠將所學知識點清晰準確的展現出來，以及在制作的過程中是否注意到本知識點的要點及精華的部分，還要對模型的制作完整與合理情況進行總結指正。

2．3有計劃性的組織建模

在組織建模的活動中，需要注重合理有效的組織學生建模，提高此活動的效率。使學生明確自己的目的，對整個過程做以完善的規劃，對學生的整個建模過程給予指導和監督，確保建模過程順利完成，使整個過程即有意義又調動了學生學習和動手的積極性，在完成之后給予總結，使知識結構更加完整，影響深刻。

3、DNA雙螺旋結構物理模型的建構

3．1建構DNA雙螺旋結構模型的重大突破

在沃森和克里克還未得出DNA的結構時，科學界對DNA的認識是：DNA分子是以4種脫氧核苷酸為單位連接而成的長鏈，這4種脫氧核苷酸分別含有A、T、C、G四種堿基。沃森和克里克嘗試了很多種不同雙螺旋和三螺旋結構模型，在這些模型中，堿基位于螺旋的外部，很快這些模型就被否決了，在失敗面前，他們沒有氣餒，重新建構了一個將磷酸——核糖骨架安排在螺旋外部，堿基安排在螺旋內部的雙鏈螺旋。在這個模型中是相同的堿基進行配對的，化學家指出這種配對方式違反了化學規律，于是，這個模型又被拋棄了。得知A的量總是等于T的量；G的量總是等于C的量，于是，沃森和克里克讓A與T配對，G與C配對，建構出新的DNA模型。結果發現：A—T堿基對與G—C堿基對具有相同的形狀和直徑，這樣組成的DNA分子具有穩定的直徑，能夠解釋A、T、G、C的數量關系，同時也能解釋DNA的復制。

3．2學生的模擬構建

通過制作DNA雙螺旋結構模型，加深對DNA分子結構特點的認識和理解。在制作物理模型之前，學生已經學習了DNA雙螺旋的理論知識，在大腦中已經有一個抽象的模型。然后在教師的幫助下，準備材料，進行分組，使學生在制作的過程中了解實際中磷酸基與脫氧核糖交替連接在骨架的外側，每組配對好的堿基對在雙螺旋結構的排列順序是多樣的，這樣就使遺傳信息多樣化，A與T同G與C之間的連接方式不同，A—T之間是通過兩個氫鍵連接的，而G—C之間是通過三個氫鍵連接起來的，并且兩條鏈是反向平行排列的，使學生在制作的過程中體會是如何反向排列的等等。這樣學生在制作的同時也是使原有的理論知識更加深化和豐富，在進行完建模活動之后，需要教師引導學生對整個建模過程和理論知識加以總結，加深對本知識點的理解，同時在制作的過程中，提高學生發現問題的能力，提升解決問題的能力。

在生物科學的學習過程中，可以有很多制作模型的機會，只要善于發現機會，加深對課程內容的分析與理解，探索多種方法來構建物理模型，這樣，將會使生物課堂充滿樂趣、使得教學相長、相得益彰。

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