物理模型在生物教學中的運用

曹海淵 景改玲

生物教學中常用的模型有概念模型、數學模型和物理模型。不論哪種模型只要運用得當，均可以拓展學生的知識面，加深學生對相關知識的理解，都可起到事半功倍的效果，本文就談談物理模型在生物教學中的運用。

物理模型在生物教學中的運用有兩方面的作用，一是抽象化，對于諸多的原型要在分析共性后，經簡化提煉出這些客觀事物的本質，讓學生深刻領會后，便可解決一類問題，這對于諸多高頻考題特別有用。比如，在生物教學中常有一類題目以不同的形式呈現，有的是線段形式，前半段表示植物處于黑暗條件下，而后半段表示植物處于光照條件下，題目會要求學生計算在光照1小時內植物的總光合速率，而有的題目以實驗的方式來考查學生的實驗設計能力，如題目給定氫氧化鈉溶液、碳酸氫鈉溶液、小燒杯、集氣瓶，要求學生測出這株植物的總光合速率，不論以哪種形式出現，其原理相同。我們先在集氣瓶放置盛有氫氧化鈉的小燒杯和植物后，將其放在黑暗的環境中，與集氣瓶相連的導管中液滴移動了a毫米，這便是呼吸速率。而后將集氣瓶在光下放置1小時，此時該植物光合作用、呼吸作用同時進行。假設1小時內液滴移動了b毫米，這樣就測得了凈光合速率，我們將凈光合速率b和呼吸速率a相加便得出了總光合速率。于是通過實驗設計和分析線段的表示法解決了一類問題，這是抽象概括處理問題的方法。二是具體化，比如在教學中對于某些過于抽象的問題、科學概念，假設、理論或動態變化。如果要正確認識其特點，深刻掌握實質。我們便可將其具體化為某一特定的模型。在高中生物教學中，常用的有絲分裂和減數分裂過程中染色體的動態變化過程模型以及DNA的雙螺旋模型。這類模型的好處是直觀、形象，有利于學生清晰地認識抽象微觀的事物。所以在建立模型的過程中，就是一個思維和行為相統一的過程。通過對科學模型的研究來推知某些客觀事物的性能和規律，借助模型來獲取、拓展和深化對客觀事物認識的方法，就是科學研究中常用的模型方法。

物理模型在生物教學中的應用非常廣泛，小到細胞器，比如線粒體、葉綠體模型，就是借助模型來幫助學生認識其結構，進而理解其功能，從而實現學生理解上的結構和功能相適應的特點。大到生態系統，如教材上讓學生動手制作生態瓶，就是充分體現了生物與環境相適應性的特點。由此可見，模型在生物教學中應用之廣泛，作用之重大。因此在生物教學中合理恰當地應用物理模型，對于促進和提高教學效果的作用是非常明顯的。另外，我們在利用現有的物理模型的同時，也可以改造和制作新的模型、模具。比如在“性狀分離比的模擬實驗中”，有甲乙兩個小桶分別代表卵巢和精巢，每個小桶內放兩種不同顏色的彩球，分別代表雜合子F1產生的兩種配子，分別從兩個小桶內隨機抓取一個小球，這表示雌配子和雄配子的隨機結合形成合子。需要注意甲乙兩個小桶中小球總數可以不相同（原因是精巢中產生的精子數遠大于卵巢內產生的卵細胞數），但每個小桶中兩種小球的比例一定要為1∶1，對于該實驗我們也可以改造設計成新實驗，比如可模擬Dd和dd的個體間的雜交實驗。模擬時只需將其中一個小桶中的小球換成一種顏色的小球，其他過程相同。也可以模擬兩對相對性狀的雜合子產生配子的過程，如甲桶放置黃白兩種數目相等彩球，代表Y，y兩種配子，在乙桶中放置黑綠兩種數目相等的小球，代表R，r兩種配子，分別從甲乙中抓取的小球可模擬等位基因的分離，抓取的小球放在一起可模擬非等位基因間的自由組合。因此只要善于利用和挖掘教材中已有的模型，可使課堂變得生動有趣、事半功倍。

總之，高中生物教學中涉及的模型遠不及這些，限于篇幅，本文在此只作簡要的歸納。我們在教學過程中，要充分運用物理模型，更好地解決一些生物學實際問題，使學生對生物學產生更加濃厚的興趣。構建物理模型正是拓展學生的空間想象能力和思維能力的過程。但實際問題是復雜多變的，物理模型的構建需要學生同時具有一定的探索性和創造性。如何將生物學理論知識轉化為模型，這是對學生創造性地解決問題的能力的檢驗，也是理科教育的重要任務。用物理模型來描述生命現象，有助于學生從總體上去認識生命的本質。用構建模型的辦法來反映生命活動的規律，則更容易被學生接受，起到事半功倍的效果。因此，生物學課堂教學中應突出生物學科的特色，課堂中應多展示物理模型來解釋生物學事實，多運用模型方法解決有關生物學問題，從而提高課堂效率，發展學生思維，提高學生能力。

注：本文系甘肅省平涼市教育科學規劃課題（課題立項號：[2018]PLG672）《積極踐行模型法 構建生物高效課堂》之論文。

編輯 李琴芳