基于STEAM理念的初中生物學物理模型建構教學的研究

王艷艷

(江蘇省灌云縣實驗中學 222200)

傳統的生物教學模式基本上都是教師在講臺上傳授知識，學生在座位上被動地接受知識.而在生物教學中培養學生的動手操作能力是非要重要的，傳統的教學模式卻很難達到這一目的.而建構模型就是讓學生直觀地感知知識，培養學生的實際操作能力，STEAM理念是集科學、技術、工程、藝術、數學多領域融合的綜合教育.所以在初中生物教學中基于STEAM理念建構物理模型，旨于培養學生生物核心素養，進而培養為綜合型的創新人才.

一、物理模型的概述

在初中生物學中構建模型，是將生物學所研究的對象，去掉不必要的細枝末節，將最原始、最本質東西概括并描述出來.這種模型可以是定性的，也可以是定量的；有的借助具體的事物或者其他形象化的手段，有的則通過抽象的形式來表達.生物教學中模型構建一般主要可以分為概念模型、數學模型、物理模型三大類.而物理模型是以實物或者圖畫的形式直觀地向學生呈現認識對象的特征.物理模型具有直觀性、具體性，更便于初中學生對生物學的理解，是初中生物教學中比較常用的一種模型，這種模型有利于培養學生的發散思維、想象力等綜合能力.例如沃森和克里克制作的DNA雙螺旋結構模型就是采用生物學中的物理模型.本文也將著重探討建構物理模型在初中生物教學中的作用和應用.

二、物理模型在初中生物中的作用

1.促進學生的自主學習

傳統的教學模式側重于教師主導課堂，教師按照課本上羅列的知識點根據自己的理解傳授給學生，而學生只是被動地接受教師的教學.知識不是學生通過自主探究、自主學習得到的，所以學生對這些知識的理解和記憶也是有限的.而物理建模是通過實物或者圖片呈現研究對象的本質特征，學生在物理建模的過程中需要思考如何建構一個具體的物理模型來概括理論的知識點，這提升了學生的探索能力.而且物理建模是一個創造性的過程，學生需要自己分析生物知識，發現問題然后通過建構物理模型解決問題.由此可見，在初中生物教學中讓學生建構物理模型，可以培養學生的自主學習能力.

2.促進學生的思維發展

在生物學建構物理模型的過程中，需要學生思考從不同的角度、往不同的方向尋求解決問題的方法.在發散的思維中尋找最直接、最確切的物理模型構建有效的新的知識體系.首先教師可以讓學生通過溝通交流，自主構建合適的物理模型，讓學生自動思考、積極參與，培養學生的知識歸納和實踐能力.然后可以讓學生分享自己建構的物理模型，教師可以用更專業的語言進行補充，為師生共同探究、互相合作創造契機.在整個過程中，學生的思維一直很活躍，可見，在生物課堂上構建物理模型，可以促進學生思維能力的發展.

3.提升學生的科學素養

初中生物教學中應用模型主要就是培養學生能夠將生物理論知識通過應用模型解決實際生活中遇到的問題.要求學生能夠將理論與實際聯系起來，學以致用.在建構物理模型的過程中，學生需要對所學的知識點進行歸納和概括，提煉出知識的本質含義，然后應用物理模型解決實際生產生活中遇到的問題，培養學生的科學素養.在應用模型解決問題的過程中，培養學生實事求是的精神，讓學生對人類、對大自然、對社會有一個更深入的了解，形成熱愛生命、愛護大自然、保護環境的情感.

三、物理模型的在初中生物中的應用

1.展示實物

實物模型是教師在講解生物知識的時候，可以引導學生一起尋找一個可以輔助這堂課進行的實物，讓學生直觀地、準確地學習和理解新學的知識點.

例如，對“認識種子的主要結構”這一知識點的物理模擬建構.種子的主要結構對學生來說是比較抽象的概念.為了讓學生直觀地了解種子的主要結構和不同植物種子的結構是否一致，教師可以引導學生在這節課上建構物理模型中的實物模型，通過實物認識種子的結構.具體實驗所需要的材料有浸軟的菜豆種子和玉米種子、培養皿、刀片、放大鏡、碘液等等.先讓學生對菜豆種子和玉米種子的外觀進行觀察，讓學生分享自己觀察到的外部結構.然后再讓學生自主通過課本和教師的講解的方法，完成對菜豆和玉米種子觀察與解剖，剖開之后可以發現菜豆種子有兩片子葉、胚芽、胚根、胚軸和種皮.而玉米種子有胚芽、胚根、胚軸和種皮，只有一片子葉，除了有上述物質之外，玉米種子還有菜豆種子沒有的胚乳，胚乳中貯存大量養料，包括淀粉，這也就是為什么菜豆種子遇碘液不變色，而玉米種子會變藍的原因.通過實物模型的展示，學生通過具體的種子實物對種子的結構有了更深刻、更直接地認識.

2.模擬過程

模擬模型是讓學生自己動手將生物學中的知識用一個模擬的模型呈現出來，通過模擬模型，學生能清楚地了解知識的原貌和本質，找到知識的突破點.模擬模型能夠很好地還原事物本質，有利于促進學生打破教學設施不足的限制，最大化探究生物知識與奧秘.

例如，在學習植物細胞的結構的時候，為了讓學生對植物細胞有更清楚地理解和認識，教師可以讓學生根據書本上對植物細胞的介紹，自己動手制作一個植物細胞模擬模型.可以用到塑料盒、塑料袋、核桃、有顏色的水和無顏色的水、氣球、大米粒等等，然后讓學生根據自己對植物細胞的理解，利用所擁有的材料制作一個植物細胞模擬模型，可以用一次性的塑料盒當作植物細胞的細胞壁，用塑料袋當作植物細胞的細胞膜，核桃當作細胞核，無顏色的清水當作細胞質，再將氣球裝水作為植物細胞的液泡，有顏色的水充當細胞液，用米粒當作線粒體.這樣，一個完整的植物細胞的細胞模型就制作完成了.制作完成之后還可以讓學生展示自己制作成果.在制作植物細胞模擬模型的過程中，學生可以清楚地了解到植物中液泡的形態，線粒體的具體位置.通過制作模擬模型之后，學生再根據自己所制作的模型和大家分享自己對植物細胞的理解.這樣一來，學生對這個知識點掌握就會更加透徹.

又如在學習“染色體結構”的時候，教師可以引導學生利用回形針、橡皮泥、彩筆、紙條等材料，將染色體這一抽象的物體轉化為具體的模型，讓學生直觀地認識染色體的具體形態.具體操作將回形針串成兩串作為染色體的載體，然后將橡皮泥搓成小球，作為染色體上的蛋白質，在紙條上涂上不同顏色的色塊代表染色體上不同的基因，最后將兩張紙條卷成螺旋形，纏繞在串成的兩串小球上.螺旋形的紙條就代表DNA雙螺旋結構，兩串帶紙條的結構就代表一對染色體.學生在制作染色體模型的過程中，對染色體中比較抽象難懂的知識有了具體的認識，認識到染色體和染色體中的基因是成對出現的，而DNA是鏈狀雙螺旋結構.

3.展示圖畫

圖畫模型比較簡單，很多教材中就大量使用了圖畫模型輔助教學.圖畫模型主要就是通過圖片呈現生物教學中的一些結構模型.這類模型呈現給學生有助于幫助學生理解課本上比較理論性的知識.

例如“神經系統的組成”，學生需要了解神經系統的組成部分,神經元的結構和功能，但是神經元對學生來說不僅抽象而且難懂，但是書本上詳細介紹了神經元的組成部分，并且附帶了一張圖片給學生呈現了神經元的具體形態和組成部分，神經元即神經細胞，是神經系統最基本的結構和功能單位.分為細胞體和突起兩部分.利用圖片的直觀性和便利性，建構圖畫模型能夠讓學生對生物知識的理解更深刻.

綜上所述，建構物理模型在初中生物教學的應用的十分廣泛，也十分重要.在初中生物教學的過程中應該基于STEAM理念引導學生建構物理模型，幫助學生系統地學習和理解新的知識和概念，提高生物課堂教學的效率，提高學生的生物核心素養.在運用物理模型的生物課堂上，學生是學習的主體，學習主動探索和發現知識，促進學生思維的發展，也培養了學生的科學素養，讓學生學會運用理論知識解決實際問題.