建構物理模型，促進高中生物概念教學

陳木安

摘 要： 生物學概念是建立生物學知識體系的基礎，由于高中生物中的許多概念都很抽象，且學生的形象思維能力欠缺，因此理解較困難。物理模型可以實物或圖畫形式直觀地表達認識對象的特征，通過讓學生自主建構物理模型將抽象的概念具體化，從而促進學生對概念的理解。

關鍵詞： 物理模型 生物學概念 高中生物教學

高中生物概念眾多，關系非常復雜，而生物學概念又是學生建立生物學知識體系的基礎，學生要能夠利用生物學知識解決實際問題，必須以準確掌握生物學概念為前提，所以生物概念教學在高中生物教學中有極其重要的作用。目前許多學生對生物學概念只是停留在機械背誦和記憶，無法真正理解和應用，因此在高中生物概念教學中選擇合適的教學策略顯得尤其重要。利用模型建構進行概念教學可以激發(fā)學生學習興趣，培養(yǎng)學生的獨立性和自主性，改變學習方式，發(fā)展邏輯思維能力，有利于促進學生深入理解和掌握生物學概念，從而提高生物科學素養(yǎng)。

1.模型建構的類型和意義

建構模型的方法是高中課程標準和教材對學生提出的高于初中水平的科學方法和探究能力的要求。人教版高中生物必修1對模型的定義是：“模型是人們?yōu)榱四撤N特定目的而對認識對象所作的一種簡化的概括性描述，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其他形象化的手段，有的則通過抽象的形式來表達。模型的形式很多，包括物理模型、概念模型、數(shù)學模型等。”[1]高中生物教材中有豐富的模型資源，對模型的合理利用可以幫助學生更準確地理解和掌握生物學的概念，而且能夠讓學生有效構建完整的知識結構。對于生物概念教學，模型建構是一種很直接很有效的教學方式，能夠使核心概念直觀化，促進學生認知水平的發(fā)展。通過模型的建構有助于提高學生學習興趣，培養(yǎng)自學能力、團結協(xié)作的精神和創(chuàng)造性思維能力，提高學生的科學探究能力和科學精神。

2.建構實物模型促進概念教學

高中學生的形象思維能力逐步加強，但在抽象概念的學習中，仍需直觀性教學手段的輔助。物理模型可以實物或圖畫形式直觀地表達認識對象的特征，通過建構物理模型可以將微觀、肉眼難以直接觀察的結構或過程簡化，再將這些特征形象化、具體化。人教版高中生物必修本中就設置了幾個物理模型的建構。必修1中的：嘗試制作真核細胞的三維結構模型、利用廢舊物品制作生物膜模型；必修2中的：建立減數(shù)分裂中染色體變化的模型、制作DNA雙螺旋結構模型；必修3中的：構建血糖調節(jié)過程的模型。例如“嘗試制作真核細胞的三維結構模型”中涉及的概念就很多，有細胞壁、細胞膜、各種細胞器等，而且細胞的結構肉眼看不到，所以學生在學這部分內容時，如果只憑想象，則時常會出現(xiàn)錯誤認識。通過讓他們自己制作出細胞模型，將抽象的細胞結構形象化，利于學生深刻理解細胞的各種結構和功能，加深對概念的理解和掌握。

第一步，仔細觀察教材中“北京某中學制作的細胞模型”和“北京自然博物館展出的細胞模型”的圖片，對將要制作的細胞模型有初步印象。

第二步，依據(jù)前面學習的動植物細胞亞顯微結構圖，整理出建構細胞的模型應該包含哪些結構。分小組自主學習，一個完整的細胞應該包含哪些結構，每種結構的具體特點是什么，這時學生自然就會注意到細胞壁、葉綠體、液泡不能夠出現(xiàn)在動物細胞中，而中心體不能出現(xiàn)在高等植物細胞中，加深對動植物細胞不同之處的理解。小組進一步討論制作每種細胞結構應該要注意使用什么材料，例如生物膜能否用紗布、普通布制作，經(jīng)過討論，大家知道生物膜是選擇透過性膜，不能用紗布、普通布，而應該用彈力布。還有線粒體、葉綠體應該用雙層膜，而且二者的雙層膜不一樣，核膜也是雙層膜，它又不一樣。通過分析各種細胞結構特點及其所具有的功能，學生能夠真正領會結構與功能相適應的觀點，從而加深對細胞結構中各種概念的理解。

第三步，小組合作共同制作細胞結構模型，通過制作具體的結構將抽象的細胞結構變?yōu)槿庋劭梢姷膶嵨铮趯W生直觀地對理解各種概念和加深印象。

第四步，各小組展示自制模型，介紹使用的材料和選擇該種材料的理由。其他小組可以提出疑問，找出別人的不足之處，并提出修改意見。對建構的結果進行評價，增強小組成員的合作能力，在討論與爭辯中提高自主學習和表達的能力，讓大家對概念的理解達到更高層次，促進生物學知識的學習。

第五步，學生在自主建構了模型并交流之后，教師再總結各個具體的概念，經(jīng)過教師的點撥，學生對細胞的結構就有了更深刻的認識。

對于物理模型的建構教師應該進行指導，但這個指導只是引導性的，不一定要指定具體的材料用具，列出詳細的活動步驟，而是給學生發(fā)揮各自的創(chuàng)造潛能留出充足的空間，也為教師的創(chuàng)造性教學留出了空間。在建構模型的過程中，學生的觀察能力、分析理解能力和創(chuàng)造性思維能力都得到提升，之后可以引導學生進行思維的拓展和延伸，思考現(xiàn)實生活中細胞結構模型的例子，例如水蜜桃等。

3.多種形式結合促進概念教學

教材中有的內容非常抽象，由于有的學生的想象力較差，對于一些相關概念的理解非常困難，可以采用繪制圖畫、制作實物等多種方式結合促進概念的教學。例如減數(shù)分裂這部分內容是高中生物教學的重點和難點，概念多而且復雜，而且減數(shù)分裂是一個動態(tài)的、微觀的、連續(xù)的過程，給學生準確理解帶來困難，通過建構模型讓它轉變成靜態(tài)的、宏觀的、間斷的過程，加深學生對減數(shù)分裂過程中眾多概念的理解。

第一步，先讓學生觀看減數(shù)分裂過程視頻，讓學生認真觀察教材中“哺乳動物精子和卵細胞的形成過程圖解”，結合圖解整理出相關的概念：如同源染色體、聯(lián)會、四分體、交叉互換、同源染色體分離、非同源染色體自由組合等，先對這些概念有初步了解。

第二步，利用紙和筆將哺乳動物精子和卵細胞的形成過程圖繪制出來，并將各個概念標注在不同時期圖的邊上。在這個過程中學生就會注意到畫同源染色體應該用兩種不同顏色的筆分別表示來自父方和母方的染色體，兩條染色體大小形狀應該相同，從而加深對同源染色體的概念的理解。

第三步，在獨自畫完過程圖的基礎上，學生分小組利用紅、綠兩種橡皮泥建構精子和卵細胞形成的過程，尤其要注意各時期染色體的行為變化，認真理解聯(lián)會、四分體等概念。此過程可以讓學生在動手制作的過程中深入理解和領會減數(shù)分裂過程中的有關概念。

第四步，在制作完之后，各組對減數(shù)分裂過程中有關染色體、染色單體、DNA的數(shù)量變化規(guī)律進行總結，并與有絲分裂進行比較。

第五步，各組總結制作的體會，并提出對相關概念理解的疑問，教師予以點評并總結。

建構的物理模型要盡可能真實、形象地反映研究對象，不能憑自己的主觀意愿隨意建構，要具有科學性。在選材上要考慮可行性，不要讓學生建構過于復雜的模型，否則會造成積極性下降。當然還要注意模型的美觀性，具有可欣賞的價值，可以引導學生不斷完善模型，在不斷完善的過程中進行思維碰撞，從而使概念教學取得實效。在高中生物教學過程中可以通過多次建構模型，逐步培養(yǎng)學生的建模能力，逐漸形成科學的思維習慣，遇到抽象概念時，都能嘗試用建構簡易模型的方法進行思考，運用模型解決抽象的問題，將較難理解的重難點知識變抽象為形象，變?yōu)楦菀孜盏闹R。

參考文獻：

[1]朱正威，趙占良，等.普通高中課程標準實驗教科書生物必修1[M].北京：人民教育出版社，2007.