生物物理模型在高中生物教學中的應用

林劍波

眾所周知，在傳統教學模式中，教師往往通過系統、細致的講解向學生傳授知識。然而，生物作為一門建立在實驗基礎上的自然學科，單純地依靠理論講解遠遠不夠。因此，改革高中生物的傳統教學方式勢在必行。

《高中生物課程標準》指出：“提高每位高中生的生物科學素養是高中生物教學的核心任務。”雖然模型和模型方法在現代教育中的作用越來越大，但是在日常教學過程中不容易找到，且部分生物原型可以用人工模型代替，于是生物課程將模型方法列入了課程目標，以幫助學生抓住生物材料的本質特征。

高中生物模型一般可分為三類：物理模型、概念模型和數學模型。其中，概念模型多為框架圖，如思維導圖等。由于框架圖在日常學習生活中的應用非常普遍，所以筆者在本研究中沒有進行深入探討。而數學模型的制作需要統計大量的數據，并進行大量的實驗，非常耗費人力和物力，不適合高中生制作。因此，本文主要研究較為簡單、易操作的物理模型。筆者首先將全班學生分成若干小組，每個小組人數約為6～7人，以保證每位學生都能參與制作模型的過程。本課題的模型制作遵循清潔環保、客觀真實的理念，采用問卷法、觀察法等科學方法完成，并得出了客觀結論。

筆者向參與了模型制作的學生和沒有參與模型制作的學生發放了相同的知識問卷，對比統計結果得出：參與了模型制作的學生，本模型網絡內的知識掌握度明顯高于沒有參與模型制作的學生。在此基礎上，筆者做了進一步調查，發現參與模型制作中負責調查取樣與設計模型的學生對知識的掌握度略高于只負責機械組裝的學生。通過分析調查資料可知：在設計模型過程中，學生需要了解大量的知識，并從中篩選出有價值的信息。學生通過實踐活動，加深了知識記憶，從而迅速掌握了知識。在中學生物教學中，教師不僅應在課堂上使用生物物理模型，還應引導學生自主設計、制作簡易模型，以有效提高學生生物學習的效率。

以“反射弧生物模型”為例（如圖1所示），學生可以將制作好的生物模型貼在底板上，在輸液管中注入適量的清水。演示時，用注射器將紅色液體輸入輸液管中，以水的流動模擬興奮在神經纖維上的傳導。然后將水的流速調慢，模擬興奮在神經中樞上傳導具有延時性。

除此之外，學生還可用另一種形式演示反射弧的動態效果，即電路動態反射弧模型（如圖2所示）。學生在塑料板上畫出反射弧形狀，并在其上設置電路，安裝電學元件，來模擬人體反射弧的運動。在動態演示過程中，瞬間開啟或閉合在感受器處的黑色開關，燈泡亮，效應器處的風扇開始旋轉，持續閉合，則持續作用。閉合位于效應器處的紅色開關，無現象。而閉合傳出神經效應器處的開關，則傳出神經處的燈泡亮，神經中樞傳入神經處的燈泡不亮。

當學生制作靜態模型時，筆者指導他們制作“植物細胞有絲分裂過程”的模型（如圖3所示）。首先，預先準備好相關材料，在卡紙上描繪植物細胞有絲分裂在各個時期的圖像；其次，在卡紙上沾上毛線表示染色體或染色單體；最后，將制作成的圖固定在塑料板上，并標明時期。過程看似簡單，但操作不僅需要學生具備一定的生物知識儲備，還要有一定的動手能力和團隊分工合作精神。

當然，在模型制作的過程中，學生也會出現一些問題，如違背客觀事實等。但瑕不掩瑜，制作生物模型可以幫助學生提高理解力和觀察力，實現知識和技能的雙提升。

此外，筆者還引導學生制作“細胞結構模型”（如圖4、圖5所示）。首先，學生用海綿墊剪成各種細胞器的形態；其次，用顏料將各種細胞器涂成不同的顏色；第三，將不同顏色的發泡劑涂在細胞器上；第四，把海綿墊剪成不同形態，分別表示糖蛋白、磷脂分子及蛋白質，并用鐵絲代表疏水尾部，插在表示磷脂分子的綿塊上，然后將他們黏在圓形泡沫板的相應位置；最后，將一根彈性棍插入模型內固定好整個模型。

除此之外，筆者還向許多教師進行了問卷調查，并在此基礎上，總結歸納了生物模型運用于生物課的建議：

第一，它能轉移學生對知識理解的方向，激發學生的學習興趣。學生喜歡活躍的課堂氛圍和生動的學習對象，高中生物知識模型化能給學生展示十分直觀、生動的客體，使原本靜止的文字變得生動活潑，激發學生的學習興趣。

第二，它能讓學生參與動手實踐操作，培養學生自主學習的能力。通過構建高中生物模型教學，能有效地培養學生自主探索、自主學習的能力。

第三，它能鍛煉學生的思維能力，加強記憶，提高解題效率。生物模型將抽象化為具體，化整為零，培養了學生嚴密分析、解決問題的能力，有利于學生養成理論聯系實際、透過現象看本質的良好學習習慣。

總而言之，在生物教學中運用生物模型，能夠有效提升教學效果，幫助學生理解生物知識之間的內在關系，拓展學生思維。因此，高中生物教師不但要在教學中構建生物模型，還要結合教學內容改進教學方法，培養學生自主構建模型的能力，為學生以后更高層次的學習奠定良好的基礎。

（作者單位：江西省宜春一中）