物理模型在高中生物教學(xué)中應(yīng)用

蘇惠

【摘 要】新課程標準中重視倡導(dǎo)探究性學(xué)習，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實踐能力。物理模型的構(gòu)建，可以將生物學(xué)習與現(xiàn)實生活緊密聯(lián)系在一起，從而面向全體學(xué)生，提高學(xué)生的生物科學(xué)素養(yǎng)。構(gòu)建物理模型有助于提高學(xué)生的生物學(xué)習興趣，促進學(xué)生之間的相互交流，有助于提高學(xué)生對信息的分析和理解能力以及語言表達能力。在進行實際教學(xué)中發(fā)現(xiàn)人教版高中生物教材中的少數(shù)物理模型存在不足，教師在教學(xué)中對教材中的物理模型修改后使用，有助于提高教學(xué)效果和學(xué)生的學(xué)習效率。

【關(guān)鍵詞】物理模型；高中；生物教學(xué)

【中圖分類號】G633.91【文獻標識碼】A

【文章編號】2095-3089（2018）24-0155-02

蘇霍姆林斯基曾經(jīng)說，“在人的心靈深處，都有一種根深蒂固的需要，就是希望自己是一個發(fā)現(xiàn)者、研究者、探索者，而在兒童、青少年的精神世界中，這種需要尤其強烈”。

在《普通高中生物課程標準（實驗）》（2003 年版）中，有17處提到了模型，在課程的基本理念中，倡導(dǎo)探究性學(xué)習，力圖促進學(xué)生學(xué)習方式的變革，引導(dǎo)學(xué)生主動參與探究過程、勤于動手和動腦，逐步培養(yǎng)學(xué)生搜集和處理科學(xué)信息的能力、獲取新知識的能力、批判性思維的能力、分析和解決問題的能力以及交流與合作的能力等，重在培養(yǎng)創(chuàng)新精神和實踐能力。

人民教育出版社高中生物必修1《分子與細胞》對模型的定義為人們?yōu)槟撤N特定目的而對認識對象所作的一種簡化的概括性的描述，這種描述可以是定性，也可以是定量的。模型主要包括物理模型、概念模型和數(shù)學(xué)模型等，以實物或圖畫的形式直觀地表達認識對象的特征，這種模型就是物理模型。

在實際的教育教學(xué)工作中，人教版高中生物教材中有許多物理模型，主要以圖畫的形式展現(xiàn)出來，將微觀的細胞結(jié)構(gòu)通過圖畫的形式展現(xiàn)出來，這些模型有助于學(xué)生對微觀的結(jié)構(gòu)進行感性認識，變抽象為具體。但在實際的教學(xué)過程中，一些物理模型卻給學(xué)生增加了理解的難度，存在的問題主要有以下幾點。

一、各個物理模型之間相互獨立，缺乏內(nèi)在的聯(lián)系

在人教版教材必修1《ATP的主要來源——細胞呼吸》這一節(jié)內(nèi)容中，教材中構(gòu)建的線粒體的結(jié)構(gòu)示意圖和有氧呼吸過程圖解之間相互獨立，缺乏一定的聯(lián)系。真核細胞有氧呼吸的場所為細胞質(zhì)基質(zhì)和線粒體，部分學(xué)生對于有氧呼吸的場所只知道線粒體，而經(jīng)常忽略細胞質(zhì)基質(zhì)。沒有將結(jié)構(gòu)和功能很好地結(jié)合在一起有關(guān)系。為了更好地突出細胞之間的內(nèi)在邏輯聯(lián)系，教師在教學(xué)過程中可以將細胞質(zhì)基質(zhì)、線粒體和有氧呼吸的過程相互結(jié)合，并用文字進行標注，說明三者之間的內(nèi)在關(guān)系。

二、個別模型的難度設(shè)置不合理

學(xué)生在學(xué)習中，一種是已經(jīng)達到的發(fā)展水平；另一種是兒童可能達到的發(fā)展水平，表現(xiàn)為兒童還不能獨立地完成任務(wù)，但在成人的幫助下，在集體活動中，通過模仿，卻能夠完成這些任務(wù)”。這兩種水平之間的距離，就是維果斯基提出的“最近發(fā)展區(qū)”。老師在教學(xué)過程應(yīng)重視創(chuàng)設(shè)最近發(fā)展區(qū)，提出問題。在必修2減數(shù)分裂和受精作用中，哺乳動物精子的形成過程圖解這一物理模型中，繪制了減數(shù)分裂的模型圖，并配有這一過程中細胞名稱的變化。一個初級精母細胞中畫出了4對同源染色體，染色體數(shù)目較多，細胞體積較小。且這4對同源染色體的類型較多，根據(jù)著絲粒在染色體上的位置，染色體分為了三種類型等臂染色體、近端著絲粒染色體和端著絲粒染色體。而初級精母細胞中的4對同源染色體中就包括了這三種類型的染色體。為學(xué)生理解減數(shù)分裂這一抽象過程增加了難度。導(dǎo)致部分同學(xué)產(chǎn)生了在減數(shù)第一次分裂的后期既有同源染色體的分離又有姐妹染色單體的分開的疑問。對學(xué)生理解減數(shù)第一次分裂后期同源染色體分離造成了很大的干擾。

在實際的生物教學(xué)課堂上，教師在構(gòu)建物理模型中可以將初級精母細胞中同源染色體畫出2對，染色體的形態(tài)僅為一種常見的等臂染色體，以方便學(xué)生對減數(shù)分裂過程中染色體的行為和數(shù)量的認識，降低難度。進行物理模型和適當?shù)奈淖终f明，幫助學(xué)生理解減數(shù)分裂過程中的一些重要概念。

三、物理模型與文字結(jié)合緊密程度太低

教材必修1植物和動物有絲分裂模式圖這兩個理想模型，將植物細胞有絲分裂進行了理想化過程的構(gòu)建，重點強調(diào)的主要結(jié)構(gòu)有細胞壁、核膜、核仁、紡錘體和染色體，對于染色體的形態(tài)、結(jié)構(gòu)進行了重點描繪。并以插圖的形式呈現(xiàn)在課本上，在每幅圖下都標注了具體的細胞周期。由于該過程是一個復(fù)雜的、動態(tài)的變化過程，學(xué)生在預(yù)習有絲分裂的過程中對于染色體上的著絲點、姐妹染色單體和染色質(zhì)之間的關(guān)系，仍然是一頭霧水，不知所措，無法將課本上的文字與圖像進行相互結(jié)合。少數(shù)同學(xué)在建構(gòu)的植物有絲分裂過程中，將紡錘絲標在染色體上，著絲點標在紡錘體上。建議教師在教學(xué)過程中構(gòu)建物理模型時，將圖文相互結(jié)合，在圖像中將重要過程的一些物質(zhì)變化、結(jié)構(gòu)變化和重要概念在圖上標注清除。使文字和圖像兩者之間相互結(jié)合，增強學(xué)生對信息理解的準確性和圖像理解的具體性。

構(gòu)建物理模型有助于學(xué)生養(yǎng)成思考問題、解決問題的能力，構(gòu)建物理模型的過程，是學(xué)生對原型相關(guān)知識的搜集、提取、呈現(xiàn)和應(yīng)用的過程，修改和完善模型的過程也是學(xué)生將知識內(nèi)化、完善知識體系的過程。學(xué)生在制作細胞膜的流動鑲嵌模型時，對于塑料袋、普通布和彈力布這三種材料材料的選擇，與塑料袋相比，彈力布和普通布更能體現(xiàn)細胞膜的選擇透過性，與普通布相比，彈力布更能體現(xiàn)細胞膜的結(jié)構(gòu)特點流動性。僅僅一個選材的變化體現(xiàn)了學(xué)生對于細胞膜認識的不斷提高，培養(yǎng)了學(xué)生獨立思考和解決問題的能力。

通過構(gòu)建物理模型可以提高學(xué)生對信息的查找和獲取能力。學(xué)生在進行真核細胞的三維結(jié)構(gòu)模型的建構(gòu)過程中，在設(shè)計模型方案時，確定各個細胞器的數(shù)量和位置，通過網(wǎng)絡(luò)資源獲取了相關(guān)信息，核糖體不僅存于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、細胞核的表面還分布在線粒體和葉綠體中。從而提出問題：線粒體和葉綠體可以進行蛋白質(zhì)的合成嗎？學(xué)生在制作模型的過程中不斷思考，層層深入，學(xué)生在不斷提出問題、相互交流和解決問題中對細胞中的各種細胞器的結(jié)構(gòu)和功能有了深入的思考，完善了自己的知識體系。

在物理模型的制作過程中，同學(xué)們積極參與、相互合作，在模型的展示中，學(xué)生相互交流、探討，形成質(zhì)疑、求實、創(chuàng)新以及勇于實踐科學(xué)態(tài)度。在構(gòu)建模型過程中，對老師的簡筆畫的要求較高，有助于教師提高自身的專業(yè)知識素養(yǎng)和現(xiàn)代教育技術(shù)。