簡單物理模型讓生物課堂更高效

申作棟

摘 要 物理模型的建構是科學研究中的一種重要方法，新課程將模型和構建模型方法列入了課程目標之一。高中生物教師在平時的教學中不僅要關注生物知識，還要重視生物科學的過程和方法。將生活中的一些簡單道具應用在課堂上以構建物理模型，可以讓生物課堂更加高效、生動。

關鍵詞 物理模型 啟發教學 問題串 生物課堂

中圖分類號 G633.91 文獻標識碼 B

物理模型具有直觀、生動的特點，容易引發學生的興趣和共鳴。學習一個知識點時，可能教師在解釋時還會詞不達意，但也許一個簡單的模型就會讓學生一點就通。構建模型并不是空洞的理論知識，只要善于思考，生活中的很多東西都可作為教學道具。物理模型與問題串、啟發式教學聯系在一起，更有利于學生構建知識。以下列舉了高中生物課堂中用簡單道具構建模型的10個案例。

1 道具：一張B4紙

案例1：解釋細胞膜的磷脂分子為雙層。

過程：在“生物膜的流動鑲嵌模型”一節中，有荷蘭科學家將用丙酮提取的脂質在空氣和水界面上鋪展成單分子層，測得單分子層面積是紅細胞膜面積的兩倍，推測細胞膜中脂質分子為連續的兩層。為什么會有這樣的推論？教師將B4紙對折，讓學生觀察紙的面積，再將紙鋪開，再觀察面積的變化。很顯然，鋪展開的面積是原面積的兩倍。由此通過類比可以理解細胞膜由雙層磷脂分子構成。在此基礎上，教師可以進一步引導學生思考：除了紅細胞，其他細胞的膜的磷脂分子鋪展成單層后，是不是也為細胞膜面積的兩倍呢？將課堂內容進一步展開。

2 道具：圓形、環形的泡沫各一塊，大頭釘若干

案例2：解釋磷脂分子的特點和脂質體的結構。

過程：用大頭釘模擬磷脂分子，其釘尖模擬疏水性尾部，另一端模擬親水性頭部。泡沫能夠被釘尖刺入，模擬的是脂溶性物質。教師要求一位學生到講臺前演示，并提問：如果磷脂分子內部環境為油滴，外部為水，磷脂分子應該怎樣排布？示例的學生應將大頭釘釘尖插入到圓形泡沫中。再提問：如果磷脂分子內外都是水環境，應該怎樣排布？教師示例學生應將大頭釘分別插在環形泡沫的內外兩側，模擬脂質體的結構。在整個模擬過程中，其他學生可不斷指正示例學生的錯誤，既活躍了課堂氣氛，也使學生深刻理解了脂質體的結構。

3 道具：薄塑料袋、粉筆頭

案例3：學習多種細胞器的膜結構。

過程：取一個大的薄塑料袋，將它折疊成內質網的形狀，壓扁成高爾基體的形狀，再吹起形成液泡的形狀，取小塑料袋，吹成溶酶體的形狀。教師啟發學生思考：這些細胞器為單層膜還是雙層膜？再取一大一小兩塑料袋，大袋放入小袋，模擬線粒體的形狀，用問題串逐步啟發學生：線粒體是幾層膜？內膜外膜面積怎樣？線粒體內膜如何拓展膜面積的方式？還可再模擬葉綠體的結構，要求學生注意葉綠體內膜和線粒體內膜的區別及兩細胞器擴大膜面積的方式。

案例4：學習分泌蛋白的膜面積變化。

過程：用兩個塑料袋分別做成內質網和高爾基體的形狀，將內質網的一部分膜裁下來模擬囊泡，并包裹粉筆頭（模擬分泌蛋白），再附在代表高爾基體的塑料袋上，很直觀地表示出了內質網膜面積向高爾基體膜轉化。教師繼續將代表高爾基體的膜裁下來一塊，模擬形成囊泡并與細胞膜融合的過程。整個模擬過程可表示三種膜成分的轉化，也可用于理解內質網、高爾基體和細胞膜面積的大小變化。

案例5：展示胞吞和胞吐的過程。

過程：用粉筆頭放在塑料袋表面，模擬細胞膜凹陷和形成囊泡的過程。左手拿粉筆頭（模擬囊泡）在塑料袋內部，將手展開模擬囊泡與細胞膜融合的過程。以上兩過程清晰地展示了胞吞和胞吐過程。

4 道具：黃色和白色的乒乓球各10個

案例6：模擬基因分離定律。

過程：用兩個黃球放在手中表示基因型為AA個體，兩個白球表示基因型為aa的個體，一黃一白表示基因型為Aa的個體，分別用左手和右手表示兩個親本，模擬各個親本組合形成配子及配子結合產生后代的過程。

案例7：由基因頻率計算基因型頻率。

過程：桌面上放置6個黃球、4個白球，表示A的基因頻率為60%，a的基因頻率為40%。提出問題：從其中拿兩個球，都為黃球（AA），為一黃一白（Aa），都為黃球（aa）的概率各是多少？學生容易得出AA概率為36%、Aa為48%、aa為16%。可通過去除某種顏色小球表示自然選擇的作用，將一種顏色的球替換為另一種顏色，可模擬基因突變對基因頻率的影響。

5 道具：紙卡

案例8：構建DNA雙螺旋結構模型。

用圓形、五角形、方塊分別表示磷酸、脫氧核糖、堿基，嘌呤堿基長度比嘧啶堿基畫得長一些，在紙卡上畫出四種核苷酸的結構并裁剪下來。在講解沃森、克里克構建雙螺旋結構的模型時，讓學生甲閱讀材料并提取信息：A始終與T相等，G始終與C相等；教師補充信息：DNA的直徑固定。讓學生乙手持四種核苷酸模型到黑板前拼接，要求滿足閱讀材料中的信息。在拼接過程中由其他學生指正錯誤。最后，教師對學生的模型進行指正，并指出DNA平面結構的要點：堿基配對、堿基位于內側、兩條鏈反向平行。

案例9：模擬樣方法計算種群密度。

在一張約1 m2的紙卡上均勻地畫出多個大黑點和白圈分別表示植物A、B，將紙卡固定在黑板上，要求學生能夠在紙卡上用五點取樣法畫出樣方，并且統計每個樣方的植物A或B的數目，并計算種群密度。在統計過程中，教師要求學生特別注意位于邊線和頂點的植物的數目統計方法。

6 道具：紙條、曲別針

案例10：分組動手模擬有絲分裂或減數分裂過程。

教師提供四個長度、寬度完全相同的紙條，模擬染色體或染色單體，將曲別針卡在紙條上表示著絲點，曲別針上別有一個紙條表示未復制的染色體，曲別針上別有兩個紙條表示已經復制過的染色體。先讓學生觀察染色體復制前后的染色體、染色單體、著絲點數目、DNA的數目變化。然后手持曲別針分別展示并在黑板上記錄染色體在細胞分裂的前期、中期、后期的行為變化。同樣，在學習減數分裂時也可以進行模擬。在操作過程中，教師可將學生每桌分成一個小組，每個學生都制作紙條，并相互指正模擬各個時期時出現的錯誤。

除此以外，生物課堂上還可以應用多種道具，身體本身也可以成為道具。例如，手掌張開連同手臂可模擬一個神經元，握拳橫放表示大腦結構，兩指成環可表示毛細血管，手指則表示毛細血管壁細胞，兩臂張開連同身體可表示氨基酸的結構，等等。這些道具的使用都會讓生物課堂更加直觀、活躍、高效。endprint