利用幾種不同材料制作物理模型的實踐與反思

劉聞川 丁 晴

（1 寧波市慈湖中學(xué) 浙江寧波 315000 2 寧波市龍賽中學(xué) 浙江寧波 315000）

新課程改革的理念之一是倡導(dǎo)探究式學(xué)習(xí)，模型構(gòu)建是一種很重要的手段，模型制作課程注重樹立三維立體空間的想象能力，培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計創(chuàng)造能力，動手制作能力，體現(xiàn)學(xué)生的創(chuàng)新精神、實踐能力和合作交流等能力。目前，高中生物學(xué)教學(xué)領(lǐng)域使用較多的形式是平面圖片，而平面圖片展示的信息是二維的，視角單一，不利于學(xué)生對生物機體的結(jié)構(gòu)及各種生命過程的理解，部分空間想象能力較弱的學(xué)生無法從簡單的文字敘述和圖片中獲得足夠的信息，易引起理解上的偏差。為彌補平面圖片的缺陷，可將物理模型的構(gòu)建引入高中生物學(xué)教學(xué)領(lǐng)域。構(gòu)建物理模型的教學(xué)活動，不僅可幫助學(xué)生正確認識科學(xué)模型，還可增加學(xué)生自信心和提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣［1］。

關(guān)于模型，大致可分為數(shù)學(xué)模型、物理模型和概念模型3 類。目前國內(nèi)有關(guān)高中生物學(xué)的模型實踐研究中，單獨針對物理模型的研究尚不多，而針對物理模型中材料使用的研究則更少。經(jīng)查閱文獻發(fā)現(xiàn)賈海建［2］利用橡皮泥制作細胞結(jié)構(gòu)模型，李鶯［3］利用簡易材料制作DNA 雙螺旋結(jié)構(gòu)模型等，但都缺少對多種不同材料特點的分析和比較，以及在此基礎(chǔ)上如何利用不同材料構(gòu)建不同物理模型等的研究。

人教版高中生物學(xué)必修1 關(guān)于“利用廢舊物品制作生物膜模型”部分，建議使用球形蠟質(zhì)盒、鐵絲、泡沫塑料等材料構(gòu)建生物膜模型；而浙科版高中生物學(xué)必修1 教材，雖對于構(gòu)建物理模型沒有明確要求，但2014 版浙江省普通高中學(xué)科指導(dǎo)意見的教法建議中，對于必修1 第2 章學(xué)習(xí)后，“可自選材料，課后構(gòu)建細胞模型進行展示和交流”有相關(guān)建議與要求，筆者因此開展了相應(yīng)的教學(xué)與研究。

1 實施建議

1.1 準備階段 模型的制作需要全體學(xué)生以小組形式（4～6 人）參與，每位成員事先進行相關(guān)物理模型的名稱、形態(tài)結(jié)構(gòu)及功能的學(xué)習(xí)或復(fù)習(xí)，為模型的構(gòu)建做好理論準備。

1.2 方案討論 每組以浙科版高中生物學(xué)必修1 教材中的插圖為藍本，討論選擇所要構(gòu)建物理模型的結(jié)構(gòu)特點，若是構(gòu)建細胞模型，可討論細胞的類型及結(jié)構(gòu)，若是構(gòu)建某種細胞器，可討論其空間特點和顏色等，若是構(gòu)建某化學(xué)物質(zhì)，可討論各個基團及各基團間的化學(xué)鍵類型。

1.3 材料選擇和模型構(gòu)建 各組學(xué)生自主選擇材料，同時思考如何在模型構(gòu)建中利用材料體現(xiàn)構(gòu)建對象的結(jié)構(gòu)和功能特點，如何將科學(xué)性、環(huán)保性、美觀性、可操作性相結(jié)合，小組成員如何進行分工合作等。

1.4 成果展示及評價 各組將制作的模型進行展示，邀請全體學(xué)生及本校其他生物學(xué)教師進行參觀，各組口頭或書面介紹制作模型的材料及選擇原因；學(xué)生及教師可對模型的科學(xué)性、材料的美觀性、實用性等方面進行評價，各組根據(jù)評價對展示的模型再進行適當修改并總結(jié)歸納。部分小組的成果及課本插圖展示如圖1、圖3、圖5、圖7。

2 調(diào)查與分析

2.1 調(diào)查時間 2017年3月。

2.2 調(diào)查對象 本次調(diào)查對象為寧波市慈湖中學(xué)高一年級部分學(xué)生及慈湖中學(xué)生物學(xué)教師，共發(fā)放問卷187 份，其中學(xué)生問卷182 份，教師問卷5份，收回187 份，有效率為100%。

2.3 調(diào)查內(nèi)容 根據(jù)學(xué)生選擇的材料（超輕粘土、橡皮泥、木材、廢紙板，泡沫塑料、毛線、塑料吸管等）的美觀性，環(huán)保性，耐久性，可操作性等幾方面對進行評分，滿分為5 分。

2.4 調(diào)查結(jié)果及分析

表1 學(xué)生問卷調(diào)查統(tǒng)計結(jié)果

表2 教師問卷調(diào)查統(tǒng)計結(jié)果

由表1、表2可知：1）在美觀性方面，超輕粘土和橡皮泥的得分相對較高，由于兩者的色彩較為豐富，利于學(xué)生通過塑型理解和表達；2）環(huán)保性方面，各材料差異不明顯，泡沫塑料是不可回收垃圾，故得分相對較低；3）耐久性方面，木板和超輕粘土取得較高分數(shù)，與兩者材料特性有關(guān)，木材質(zhì)地較硬而超輕粘土自然風(fēng)干后不會出現(xiàn)裂紋，可長期保存；4）可操作性方面，超輕粘土和橡皮泥容易造型，評分較高；5）綜合總體評價，可以發(fā)現(xiàn)超輕粘土是一種較為理想的物理模型塑型材料。

3 反思討論

據(jù)學(xué)生和教師的反饋評價，超輕粘土在多個方面取得了較高的評分，這種材料優(yōu)點不言而喻。超輕粘土是紙粘土的一種，是一種新型環(huán)保、自然風(fēng)干的手工造型材料。紙粘土是以紙纖維為主要成分的可塑型環(huán)保材質(zhì)［5］，由紙漿、樹脂、粘合劑和無機抗菌劑等高速混合而成。現(xiàn)今主要在歐美、日韓等國家流行，在我國教學(xué)中利用紙粘土的實例并不多，多為美術(shù)教學(xué)中作為塑型材料［6］，而目前生物學(xué)教學(xué)實踐中未曾涉及利用紙粘土進行物理模型構(gòu)建的研究。紙粘土不像傳統(tǒng)粘土需烘烤定型，它能自然風(fēng)干，并不會出現(xiàn)裂紋，而傳統(tǒng)橡皮泥易干裂，無法長時間保存；超輕粘土手感較為柔軟，相比其他的材料容易塑型，且成型后較橡皮泥更有韌性，完全干透的成品不會變形，學(xué)生制作的模型后期可保存較長時間，有些學(xué)生甚至可將模型作為手機掛件或鑰匙掛件長期保存。

在模型構(gòu)建過程中，發(fā)現(xiàn)學(xué)生在模型展示之后的學(xué)習(xí)熱情極大超過模型制作之前，且對模型提出了更多的奇思妙想，除上述材料之外，部分學(xué)生提出可利用樹葉、鐵絲、金屬、豆粒、乒乓球、3D打印等材料或技術(shù)構(gòu)建物理模型，并且樂于實踐，但由于時間關(guān)系尚未嘗試；建議可在之后的教學(xué)過程中先將之前學(xué)生制作的模型進行展示，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，再讓學(xué)生自主選材構(gòu)建物理模型，也許會獲得更好的教學(xué)效果。