建构物理模型，促进高中生物概念教学

陈木安

摘 要： 生物学概念是建立生物学知识体系的基础，由于高中生物中的许多概念都很抽象，且学生的形象思维能力欠缺，因此理解较困难。物理模型可以实物或图画形式直观地表达认识对象的特征，通过让学生自主建构物理模型将抽象的概念具体化，从而促进学生对概念的理解。

关键词： 物理模型 生物学概念 高中生物教学

高中生物概念众多，关系非常复杂，而生物学概念又是学生建立生物学知识体系的基础，学生要能够利用生物学知识解决实际问题，必须以准确掌握生物学概念为前提，所以生物概念教学在高中生物教学中有极其重要的作用。目前许多学生对生物学概念只是停留在机械背诵和记忆，无法真正理解和应用，因此在高中生物概念教学中选择合适的教学策略显得尤其重要。利用模型建构进行概念教学可以激发学生学习兴趣，培养学生的独立性和自主性，改变学习方式，发展逻辑思维能力，有利于促进学生深入理解和掌握生物学概念，从而提高生物科学素养。

1.模型建构的类型和意义

建构模型的方法是高中课程标准和教材对学生提出的高于初中水平的科学方法和探究能力的要求。人教版高中生物必修1对模型的定义是：“模型是人们为了某种特定目的而对认识对象所作的一种简化的概括性描述，这种描述可以是定性的，也可以是定量的；有的借助于具体的实物或其他形象化的手段，有的则通过抽象的形式来表达。模型的形式很多，包括物理模型、概念模型、数学模型等。”[1]高中生物教材中有丰富的模型资源，对模型的合理利用可以帮助学生更准确地理解和掌握生物学的概念，而且能够让学生有效构建完整的知识结构。对于生物概念教学，模型建构是一种很直接很有效的教学方式，能够使核心概念直观化，促进学生认知水平的发展。通过模型的建构有助于提高学生学习兴趣，培养自学能力、团结协作的精神和创造性思维能力，提高学生的科学探究能力和科学精神。

2.建构实物模型促进概念教学

高中学生的形象思维能力逐步加强，但在抽象概念的学习中，仍需直观性教学手段的辅助。物理模型可以实物或图画形式直观地表达认识对象的特征，通过建构物理模型可以将微观、肉眼难以直接观察的结构或过程简化，再将这些特征形象化、具体化。人教版高中生物必修本中就设置了几个物理模型的建构。必修1中的：尝试制作真核细胞的三维结构模型、利用废旧物品制作生物膜模型；必修2中的：建立减数分裂中染色体变化的模型、制作DNA双螺旋结构模型；必修3中的：构建血糖调节过程的模型。例如“尝试制作真核细胞的三维结构模型”中涉及的概念就很多，有细胞壁、细胞膜、各种细胞器等，而且细胞的结构肉眼看不到，所以学生在学这部分内容时，如果只凭想象，则时常会出现错误认识。通过让他们自己制作出细胞模型，将抽象的细胞结构形象化，利于学生深刻理解细胞的各种结构和功能，加深对概念的理解和掌握。

第一步，仔细观察教材中“北京某中学制作的细胞模型”和“北京自然博物馆展出的细胞模型”的图片，对将要制作的细胞模型有初步印象。

第二步，依据前面学习的动植物细胞亚显微结构图，整理出建构细胞的模型应该包含哪些结构。分小组自主学习，一个完整的细胞应该包含哪些结构，每种结构的具体特点是什么，这时学生自然就会注意到细胞壁、叶绿体、液泡不能够出现在动物细胞中，而中心体不能出现在高等植物细胞中，加深对动植物细胞不同之处的理解。小组进一步讨论制作每种细胞结构应该要注意使用什么材料，例如生物膜能否用纱布、普通布制作，经过讨论，大家知道生物膜是选择透过性膜，不能用纱布、普通布，而应该用弹力布。还有线粒体、叶绿体应该用双层膜，而且二者的双层膜不一样，核膜也是双层膜，它又不一样。通过分析各种细胞结构特点及其所具有的功能，学生能够真正领会结构与功能相适应的观点，从而加深对细胞结构中各种概念的理解。

第三步，小组合作共同制作细胞结构模型，通过制作具体的结构将抽象的细胞结构变为肉眼可见的实物，利于学生直观地对理解各种概念和加深印象。

第四步，各小组展示自制模型，介绍使用的材料和选择该种材料的理由。其他小组可以提出疑问，找出别人的不足之处，并提出修改意见。对建构的结果进行评价，增强小组成员的合作能力，在讨论与争辩中提高自主学习和表达的能力，让大家对概念的理解达到更高层次，促进生物学知识的学习。

第五步，学生在自主建构了模型并交流之后，教师再总结各个具体的概念，经过教师的点拨，学生对细胞的结构就有了更深刻的认识。

对于物理模型的建构教师应该进行指导，但这个指导只是引导性的，不一定要指定具体的材料用具，列出详细的活动步骤，而是给学生发挥各自的创造潜能留出充足的空间，也为教师的创造性教学留出了空间。在建构模型的过程中，学生的观察能力、分析理解能力和创造性思维能力都得到提升，之后可以引导学生进行思维的拓展和延伸，思考现实生活中细胞结构模型的例子，例如水蜜桃等。

3.多种形式结合促进概念教学

教材中有的内容非常抽象，由于有的学生的想象力较差，对于一些相关概念的理解非常困难，可以采用绘制图画、制作实物等多种方式结合促进概念的教学。例如减数分裂这部分内容是高中生物教学的重点和难点，概念多而且复杂，而且减数分裂是一个动态的、微观的、连续的过程，给学生准确理解带来困难，通过建构模型让它转变成静态的、宏观的、间断的过程，加深学生对减数分裂过程中众多概念的理解。

第一步，先让学生观看减数分裂过程视频，让学生认真观察教材中“哺乳动物精子和卵细胞的形成过程图解”，结合图解整理出相关的概念：如同源染色体、联会、四分体、交叉互换、同源染色体分离、非同源染色体自由组合等，先对这些概念有初步了解。

第二步，利用纸和笔将哺乳动物精子和卵细胞的形成过程图绘制出来，并将各个概念标注在不同时期图的边上。在这个过程中学生就会注意到画同源染色体应该用两种不同颜色的笔分别表示来自父方和母方的染色体，两条染色体大小形状应该相同，从而加深对同源染色体的概念的理解。

第三步，在独自画完过程图的基础上，学生分小组利用红、绿两种橡皮泥建构精子和卵细胞形成的过程，尤其要注意各时期染色体的行为变化，认真理解联会、四分体等概念。此过程可以让学生在动手制作的过程中深入理解和领会减数分裂过程中的有关概念。

第四步，在制作完之后，各组对减数分裂过程中有关染色体、染色单体、DNA的数量变化规律进行总结，并与有丝分裂进行比较。

第五步，各组总结制作的体会，并提出对相关概念理解的疑问，教师予以点评并总结。

建构的物理模型要尽可能真实、形象地反映研究对象，不能凭自己的主观意愿随意建构，要具有科学性。在选材上要考虑可行性，不要让学生建构过于复杂的模型，否则会造成积极性下降。当然还要注意模型的美观性，具有可欣赏的价值，可以引导学生不断完善模型，在不断完善的过程中进行思维碰撞，从而使概念教学取得实效。在高中生物教学过程中可以通过多次建构模型，逐步培养学生的建模能力，逐渐形成科学的思维习惯，遇到抽象概念时，都能尝试用建构简易模型的方法进行思考，运用模型解决抽象的问题，将较难理解的重难点知识变抽象为形象，变为更容易吸收的知识。

参考文献：

[1]朱正威，赵占良，等.普通高中课程标准实验教科书生物必修1[M].北京：人民教育出版社，2007.