高中生物教學中物理模型構建的改進與創新

莫景麗

摘 要：在高中生物教學中，模型建構與展示，不僅有利于加深學生對所一學知識的記憶和理解，還能讓學生領悟生物學家在研究過程中所持有的觀點以及解決問題的思路和方法，對發展學生的創新思維和探究能力具有重要的意義。本文從教材已有物理模型構建進行改進，增強其操作的可行性來探討高中生物教學中物理模型構建的改進與創新。

關鍵詞：生物教學;模型構建;改進與創新

構建物理模型的方法是一種科學的教學方法，值得生物廣大教師去普及、去思考探究如何更好地運用物理模型的方法去幫助學生更好地學習生物學知識。人教版的生物教材中講述了四個物理模型的構建，分別是《分子與細胞》模塊中《嘗試制作真核細胞的三維結構模型》，《遺傳與變異》模塊中《模擬減數分裂過程中染色體的變化》以及《制作DNA雙螺旋結構模型》《穩態與環境》模塊中的《建立血糖調節模型》。此外，利用構建物理模型的方法來進行生物教學的例子還有許多，如“生物膜的流動鑲嵌模型”“有絲分裂中染色體的變化”以及“建構重組DNA分子”等。

一、存在問題與改進思路

盧氏縣是國家級貧困縣，高中生物實驗室條件十分有限，存在諸多問題：沒有相關實驗設備、實驗材料的購買沒有經費、也沒有專業實驗技術人員等等。長期以來，高中生物實驗幾乎是一片空白，基本停留在“僅僅學習實驗理論”層面，出現了高中生物實驗課堂“老師講實驗、學生背實驗”的怪象。學生基本沒有親自動手實驗的機會，導致學生對實驗過程、實驗操作及實驗現象觀察缺乏親身體驗，造成學生對實驗原理及相關知識本質沒有深刻理解，不利于學生實驗操作能力、探究能力的提高及創造能力的培養。

由于盧氏縣高中實驗條件卻極其有限，高中生物教材中提供的是一套統一的實驗方案，在我校不能有效開展。為了使我校實驗教學能順利開展好，有必要對一些實驗進行改進和創新，從實驗材料、實驗用具、實驗方法步驟三個方面對高中生物實驗進行改進，在保證實驗效果的同時，尋找廉價易得的實驗材料，改進實驗方法，能夠在較短時間順利完成，甚至部分實驗能在教室進行，使實驗地點具有靈活性。爭取在保證課本中安排的同時，對其中的一些實驗進行適當的方法替代或材料替代，以培養我校學生的實驗設計能力和對實驗理論、方法遷移應用的能力，從而達到能將實驗涉及的方法和技能進行綜合運用的要求[1]。

二、具體改進方案的探究

結合教學實際與文獻資料，對教材中已有的物理模型如“建立減數分裂中染色體變化的模型”、“性狀分離比的模擬”、“制作DNA雙螺旋結構模型”等模型構建進行研究，針對每一個模型在教學實施中存在的困難和問題，進行改進和替代性研究，通過成員的先期探索與嘗試，形成初步的模型構建改進方案。以下以性狀分離比模擬試驗為例：

第一，原有的教材方案使用材料包括小桶和彩球，不但需要準備較多的材料，而且需要的生產成本較高，因此，需要對原有的方案進行適當改進，可以將需要準備的材料變為粉筆盒、粉筆頭、紙團、兩種顏色的豆、小瓶，與之前相比，具有較大的優勢，例如在生活中很容易獲取以上材料，成本較為便宜，具有較強的操作性。首先，在課堂上，若是無法及時完成紙團的制作，學生在課余時間完成即可。其次，在選擇粉筆頭時，盡量選擇大小一致的粉筆頭，還需要防止粉筆頭的顏色互相影響。最后，在選擇豆時，盡量選擇大小相同的豆。第四，在實驗的過程中，需要確保充分搖勻，在記錄后放回原桶[2]。

第二，一種材料多種用途，模型構建創新應用，可以采用標志重捕法對種群密度進行調查，通過抓紙團的方式進行模擬。所謂的標志重捕法概念：由于動物的活動范圍較大，活動能力較強，通過取樣的方法無法調查種群密度，因此，標志重捕法成為了常用的方法之一，在種群活動的一定范圍內，將部分個體進行捕捉，簡單標記后再將其放回，之后經過一段時期后，再進行捕捉，根據捕捉的標記數量，確定總體的數量，通過比例可以估算出種群的密度。基于此，本次實驗采用的原理：將一定數量的紙團代表動物個體，從中抽取20個進行標記，放回原來的位置后晃動均勻，之后再重新拿出，根據標志紙團的比例，可以估算出紙團的總體數量，最好將兩人組成一組，按照標記重捕法的原理進行統計，其計算公式是首次標記數/總數=重補標記數/重補總數。

第三，準備材料：大小相同的紙片100片、彩筆或記號筆、紙盒、紅豆和黃豆、紙盒子。實驗步驟：將學生分為12組，6組用豆子做實驗，另6組用紙片做實驗。將未標記的紙片或黃豆放入盒子中，從中抽出20個紙片標記，或者是20粒黃豆，使用紅豆代替，小組成員互相合作，并且進行計數。

第四，準備材料：一種彩球代表D，另一種彩球代表d，分別準備20個，兩個小桶，用筆和紙進行記錄。實驗步驟：在兩個盒子中，分別放入彩球各10個，晃動小桶后，使彩球均勻混合，之后隨即抽取一個，記錄下字母，再將其放回小桶內，重復試驗50-100次，

第五，根據實驗結果，學生需要思考兩種不同顏色豆的組合有幾種？計算出每種組合的數量，以及彩球組合類型之間的數量比，以表格的方式記錄實驗結果。同時，計算小球組合類型之間的數量比，統計全班的實驗結果，求平均值。之后學生需要思考，將每個小組的實驗結果與全班的實驗結果作比較，你有什么發現？

通過模擬實驗，可以輔助學生更好地完成計算題，掌握標志重補法的原理，學會調查種群密度的方式。同時，在模擬實驗的過程當中，可以有效鍛煉學生的動手操作能力，培養其對自然科學的探索精神與探究意識，從而綜合性發展。

參考文獻：

[1]禚昌杰.高中生物教學中物理模型構建的研究[J].青春歲月，2018，000（022）：157.

[2]蘇惠.物理模型在高中生物教學中應用[J].課程教育研究：外語學法教法研究，2018，000（024）：P.155-156.