让思维的火花在指尖上碰撞：例析“物理模型”在高中生物高效课堂中的应用

王丽群 殷汝军 岳婷婷

有这样一段关于《DNA分子的结构》一课的授课片段：

教师对着课件中的DNA平面结构和立体结构给大家讲述：“DNA分子双螺旋结构的主要特点是……”之后，教师开始举例子：“同学们都穿着校服，上面都装有拉链，DNA的结构就如同这拉链是由两条单链组成。”教师边说边举起讲桌上早已准备好的拉链，“你们注意看，我拉动拉锁将拉链拉开，就相当于DNA解旋；我再拉动拉锁将拉链衔合，就相当于DNA的复制。同学们在课后可以多拉动自己衣服上的拉链来理解DNA的双螺旋结构。”

笔者听得云里雾里，俯身小声问了身边的学生：“老师用拉链作比喻，你能理解吗？”“还行吧。”大概因为笔者是听课教师的缘故，他也没多说。笔者接着又问：“如果老师呈现给大家的是DNA双螺旋模型，或是让你们自己制作这个模型，效果会怎么样？”这次问话，他来了精神，笑着说：“效果当然会更好。”

十多年的教学历程使笔者对DNA双螺旋结构已经是烂熟于心了，不管别人再拿什么作比喻，都会先想起DNA的真实结构，都不会影响到自己的认识。但是我们的学生是第一次学习DNA的双螺旋结构，我们看不到微小的、抽象的DNA结构，拉链的结构跟DNA的结构可谓是相差甚远。用拉链作比喻，可以理解“DNA分子是由两条链组成”，但对于“这两条链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构”则无法理解；对于“DNA分子中的脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧，构成基本骨架；碱基排列在内侧”则更是无法解释。对于“两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对”，教师是这样解释的：“这拉链上的拉牙就相当于碱基。”大家通过想象就可以知道拉牙之间是交替衔合的，而碱基之间是通过氢键连接成碱基对，所以对于学生来讲是很难理解的，也没法理解。如果能将模型应用到教学中，那么教学效果就会事半功倍。

所谓“模型”是人们为了某种特定目的，对认识对象所作的一种简化的概括性的描述。《高中生物课程标准》中要求学生学会建立模型，领悟模型在科学研究中的应用。人教版生物各模块的教材给教师提供了丰富的模型教学资源。建构主义学习理论认为，学习不是学习者被动接受教师授予的知识，而是在自身原有知识和经验的基础上主动建构活动的过程，是新旧知识相互交融，形成新知识的过程。生物模型教学是通过解决知识的建构和编码工作，注重模型建立的过程，来提高学生的生物科学素养。

苏霍姆林斯基曾说过：“智慧在手指上。”通过模型的构建活动可实现行为与思维的统一，在提高学生理解知识能力的同时，提高学生动手能力。 高中生物学科的模型包括物理模型、概念模型和数学模型。下面以物理模型在生物课堂教学中的应用为例来阐述如何让思维的火花在指尖上碰撞。

一、课前注意选择，让思维成为点燃的火把

模型使用的目的是为了有效地完成教学任务，实现教学目标。是否选用模型，选择什么样的模型，应视教学内容及教学目标实现的需求而定。比如在讲解高中生物必修二第三章第二节《DNA分子的结构》一节时，我们可以用DNA双螺旋结构模型来理解DNA分子的双螺旋结构的主要特点；必修二第二章第一节《减数分裂》的目的之一是理解分裂过程中染色体的变化过程，学生可用橡皮泥模拟染色体的活动来突破本节教学的重、难点，形成对减数分裂过程中染色体变化的正确认识；必修三第五章第二节《生态系统的能量流动》，为了让学生更好地理解生态系统中能量的去向，我们可以自制模型，让学生进行能量去向的定向分析和定量分析。

并非每节课都可以用模型来进行。凡能有效促进学生的认知活动的模型可以选择使用，无益于教学活动，过度分散学生注意力的模型是没有必要使用的，所以教师在课前应注意选择。

二、模型操作过程中教师巧妙引导，让学生思维变得有序和高效

《减数分裂》是高中生物必修二《遗传与进化》中较抽象、较难理解的知识，在新授课中学生掌握起来很费劲，答题的效果也不是很理想。在复习这一部分知识的时候，笔者采用物理模型构建的方法，将细胞中染色体的自发的变化行为变成了让学生来操作、控制其变化的过程。在制作的过程中，为了合作学习，学生以小组为单位，每人买来2种颜色的橡皮泥，分别代表父方和母方的染色体。制作程序是：学生先熟悉减数分裂的过程，然后准备一张16开大小的白纸，在纸上将各个时期的细胞轮廓画出来或是用橡皮泥捏出来，再把所做的染色体放在其中。在学生制作的过程中，教师随时观察学生所做的模型，并将模型展示给全班学生，以及时发现制作过程中出现的问题，并给予订正，以免在以后的制作过程中出现类似的错误。

例如四分体时期，先把细胞轮廓画好或是捏好，按照细胞的大小做相应的染色体，用颜色相同的橡皮泥搓成长度相同的两条染色单体，并排放置好后，再用同种颜色的小块橡皮泥代表着丝点，在两条染色单体中部用小块橡皮泥粘起来，代表减数分裂已完成复制的染色体。同样再做另外一条颜色的染色体。把做好的不同颜色的两条染色体放在做好的细胞内，让长度相同、颜色不同的染色体配对，使着丝点靠近。有的学生在完成四分体的图像时将2对同源染色体用了4种颜色的橡皮泥来表示，是因为没有考虑到来自同一亲本的染色体应该用同一种颜色的橡皮泥来表示(如图1所示)。

图1

在减Ⅰ后期，中心体和纺锤体可以用笔画出来。同源染色体分开，分别移向细胞的两极，学生将染色体随机组合，可以使同一颜色(来自同一亲本)的染色体放在赤道板的同一侧，也可以使不同颜色(来自不同亲本)的染色体放在同一侧，通过亲自操作来理解减Ⅰ中期染色体的排布决定着后期同源染色体的组合方式。在这一过程中，有的学生将赤道板两侧的同源染色体做成了同样的颜色，没有区分开父方和母方。还有的学生在减Ⅱ后期将分开的姐妹染色单体做成了不同颜色，是没有注意到姐妹染色单体是同一条染色体复制而来的，应该用同种颜色的橡皮泥来表示。

通过亲自动手操作，及时订正，学生都能做出正确的模型。通过模拟实验学生了解减数分裂过程中染色体的变化规律。A学生在自我反思中写道：“用橡皮泥做‘减数分裂’的模型，充满了知识趣味。同学们亲自动手操作，动脑分析，既回味了童年时橡皮泥的美好回忆，又在其乐趣中增长了知识。由于我制作模型时，考虑不够全面，忽略细节，将模型做得色彩过于丰富。老师及时订正了我的错误，让我更深入了解到了‘减数分裂’的相关知识。这种亲自操作、动手实践的方法，让我们在玩乐中学会了知识，加深了印象，将抽象的难点变得更加形象化，便于我们更好地学习。”B学生这样写道：“自己亲自动手制作‘减数分裂’的模型感到无比开心。虽然制作的样子不是很令人满意，但总体上讲还是可以的，从画图再到自己亲自用橡皮泥捏制的过程，使细胞内的染色体的形态清楚地印在我的脑海中。只是橡皮泥太容易断了，不容易捏成条，而且橡皮泥还十分黏手，弄得我满手都是，不过我还是乐在其中。”男生在制作过程中出现了很多的麻烦，正如C学生写道：“模型的制作十分开发我的智力，又巩固了知识，是很有意义的。在这个过程中我遇到了不少困难，例如手太大，染色体太小，不好操作，不容易捏出好的形状，但仍然很有乐趣。”的确，他好像没办法捏出好看的形状，而是用刀将一大块橡皮泥分割就变成了染色单体。

建立减数分裂中染色体变化的模型是教材内容的一部分，只是以前我们教师为了节省时间把这样一个富有情趣的环节给省略了。学生做的模型有大有小，颜色各异，但看得出，一点一滴都是用心来完成的。

物理模型的制作不是目的，只是一种手段、方法。通过模型制作，教师发现学生操作、思维过程中的闪光点与存在问题，参与评价其操作、思维过程合理与否；通过制作，更能促进学生思维发展并提高学生的语言表达能力。教学中只有有目的、有组织地让学生观察、操作，才能够收到以动启思，培养思维能力的教学效果。

三、模型构建过程中建立互动，让学生思维迸发美丽的火花

著名教育家陶行知先生说：“单纯的劳动，不能算做，只能算蛮干；单纯的想，只是空想；只有将操作与思维结合起来才能达到思维之目的。”

在《生态系统的能量流动》一节课中，当讲完能量流经第一和第二营养级的过程之后，教师给学生提供了下列材料：白板、不干胶粘纸(其中正方形代表各营养级，大长方形代表分解者，小长方形代表呼吸作用，箭头代表能量的去向)。这些材料可以直接粘在白板上，小组学生从中选择材料共同构建能量流经各营养级的定性分析示意图，并进行小组展示(这里只要求学生能构建各营养级能量的三个去向就可以)。在学习了赛达伯格湖能量流动的定量分析图解之后，让学生进一步修正前面制作的能量流动模型。教师将各组学生自己制作的模型展示出来，大家畅所欲言。有的小组指出：由于各营养级能量是逐级递减的，所以随着营养级的增高，箭头(流向下一营养级、呼吸散失和流向分解者的能量)应该是越来越小。还有的小组指出：食物链中的营养级一般不超过4～5个，所以模型中的食物链营养级不应太长。学生在相互交流和探讨中正确地理解所学的知识，最后得到正确的模型(如图2所示)。

图2

四、结束语

物理模型是以实物或图片形式直观表达认识对象的特征。构建物理模型不仅使课堂气氛活跃了，而且强化了学生对知识的认识和理解，是发展学生潜能的“金桥”， 是学生求知增智的重要环节，是学生获取系统知识的重要保障。物理模型的构建是生物课堂教学的重要手段和方法，根据教学所需有选择性地、有目的地、有针对性地、适时适度地使用学具，定能生成精彩高效的生物课堂，定能让学生思维的火花在指尖上碰撞出耀眼的光芒！

[1]王丽群,殷汝军.为理解而提问让学生开动脑筋[J].教学仪器与实验,2010(1):25-26.