生物物理模型在高中生物教学中的应用

林剑波

众所周知，在传统教学模式中，教师往往通过系统、细致的讲解向学生传授知识。然而，生物作为一门建立在实验基础上的自然学科，单纯地依靠理论讲解远远不够。因此，改革高中生物的传统教学方式势在必行。

《高中生物课程标准》指出：“提高每位高中生的生物科学素养是高中生物教学的核心任务。”虽然模型和模型方法在现代教育中的作用越来越大，但是在日常教学过程中不容易找到，且部分生物原型可以用人工模型代替，于是生物课程将模型方法列入了课程目标，以帮助学生抓住生物材料的本质特征。

高中生物模型一般可分为三类：物理模型、概念模型和数学模型。其中，概念模型多为框架图，如思维导图等。由于框架图在日常学习生活中的应用非常普遍，所以笔者在本研究中没有进行深入探讨。而数学模型的制作需要统计大量的数据，并进行大量的实验，非常耗费人力和物力，不适合高中生制作。因此，本文主要研究较为简单、易操作的物理模型。笔者首先将全班学生分成若干小组，每个小组人数约为6～7人，以保证每位学生都能参与制作模型的过程。本课题的模型制作遵循清洁环保、客观真实的理念，采用问卷法、观察法等科学方法完成，并得出了客观结论。

笔者向参与了模型制作的学生和没有参与模型制作的学生发放了相同的知识问卷，对比统计结果得出：参与了模型制作的学生，本模型网络内的知识掌握度明显高于没有参与模型制作的学生。在此基础上，笔者做了进一步调查，发现参与模型制作中负责调查取样与设计模型的学生对知识的掌握度略高于只负责机械组装的学生。通过分析调查资料可知：在设计模型过程中，学生需要了解大量的知识，并从中筛选出有价值的信息。学生通过实践活动，加深了知识记忆，从而迅速掌握了知识。在中学生物教学中，教师不仅应在课堂上使用生物物理模型，还应引导学生自主设计、制作简易模型，以有效提高学生生物学习的效率。

以“反射弧生物模型”为例（如图1所示），学生可以将制作好的生物模型贴在底板上，在输液管中注入适量的清水。演示时，用注射器将红色液体输入输液管中，以水的流动模拟兴奋在神经纤维上的传导。然后将水的流速调慢，模拟兴奋在神经中枢上传导具有延时性。

除此之外，学生还可用另一种形式演示反射弧的动态效果，即电路动态反射弧模型（如图2所示）。学生在塑料板上画出反射弧形状，并在其上设置电路，安装电学元件，来模拟人体反射弧的运动。在动态演示过程中，瞬间开启或闭合在感受器处的黑色开关，灯泡亮，效应器处的风扇开始旋转，持续闭合，则持续作用。闭合位于效应器处的红色开关，无现象。而闭合传出神经效应器处的开关，则传出神经处的灯泡亮，神经中枢传入神经处的灯泡不亮。

当学生制作静态模型时，笔者指导他们制作“植物细胞有丝分裂过程”的模型（如图3所示）。首先，预先准备好相关材料，在卡纸上描绘植物细胞有丝分裂在各个时期的图像；其次，在卡纸上沾上毛线表示染色体或染色单体；最后，将制作成的图固定在塑料板上，并标明时期。过程看似简单，但操作不仅需要学生具备一定的生物知识储备，还要有一定的动手能力和团队分工合作精神。

当然，在模型制作的过程中，学生也会出现一些问题，如违背客观事实等。但瑕不掩瑜，制作生物模型可以帮助学生提高理解力和观察力，实现知识和技能的双提升。

此外，笔者还引导学生制作“细胞结构模型”（如图4、图5所示）。首先，学生用海绵垫剪成各种细胞器的形态；其次，用颜料将各种细胞器涂成不同的颜色；第三，将不同颜色的发泡剂涂在细胞器上；第四，把海绵垫剪成不同形态，分别表示糖蛋白、磷脂分子及蛋白质，并用铁丝代表疏水尾部，插在表示磷脂分子的绵块上，然后将他们黏在圆形泡沫板的相应位置；最后，将一根弹性棍插入模型内固定好整个模型。

除此之外，笔者还向许多教师进行了问卷调查，并在此基础上，总结归纳了生物模型运用于生物课的建议：

第一，它能转移学生对知识理解的方向，激发学生的学习兴趣。学生喜欢活跃的课堂氛围和生动的学习对象，高中生物知识模型化能给学生展示十分直观、生动的客体，使原本静止的文字变得生动活泼，激发学生的学习兴趣。

第二，它能让学生参与动手实践操作，培养学生自主学习的能力。通过构建高中生物模型教学，能有效地培养学生自主探索、自主学习的能力。

第三，它能锻炼学生的思维能力，加强记忆，提高解题效率。生物模型将抽象化为具体，化整为零，培养了学生严密分析、解决问题的能力，有利于学生养成理论联系实际、透过现象看本质的良好学习习惯。

总而言之，在生物教学中运用生物模型，能够有效提升教学效果，帮助学生理解生物知识之间的内在关系，拓展学生思维。因此，高中生物教师不但要在教学中构建生物模型，还要结合教学内容改进教学方法，培养学生自主构建模型的能力，为学生以后更高层次的学习奠定良好的基础。

（作者单位：江西省宜春一中）