巧用易得材料，建构物理模型

何焱

建构主义教学理论认为，将知识组织起来最理想的方式是知识结构，而知识结构的最典型呈现形式就是典型的图解、模型、知识树和系统图。建构物理模型不仅是一种有效的教学手段，而且是知识结构呈现的理想形式。然而对于建构高中生物学的物理模型，学生感到困惑不堪。所以在高中生物模型建构教学中，怎样帮助学生克服心理障碍，引导学生把抽象化的知识在物理模型中具体化是难点之一。笔者试图通过具体实例，谈谈如何巧妙地利用易得材料，建构物理模型，以及在建构物理模型中的注意事项。

1 认识物理模型

1.1 物理模型的概念

以实物或图画形式直观反映认识对象的形态结构和三维结构，这类实物或图画即为物理模型。物理模型包括静态物理模型和动态物理模型。

1.2 物理模型的特点

物理模型具有3个基本特点：（1） 对识记对象的模仿和抽象；（2） 体现组成认识对象系统中的主要因素；（3） 反映主要因素之间的关系。概括地说“形似”、“意真”和“相关联”是物理模型必备的三个基本特点。寄生关系模型就是对这三个基本特点的完美体现（见图1）。

在“寄生”模型中，两个圆圈A、B表示两种生物，它们内切或外切，分别代表着体内寄生或体表寄生。模型既“形似”地反应了两种寄生方式，又科学地表达了寄生生物之间的内在联系，做到了“意真”与“相关联”。

2 建构物理模型

建构物理模型不仅要找到原型的本质，关键还要选择用什么来描述对象的本质？怎样具体描述？选取什么材料进行建构？以什么形式进行建构？认真思考这些问题后，就可以开始着手建构物理模型了。

2.1 变废为宝，巧选建模材料

只要教师善于利用生活中的很多废弃物，均可以为建构物理模型提供良好的材料。笔者及同事在进行“模拟性状分离比”的实验中，受彩票摇奖的启发，用矿泉水瓶、黑白小球、水芯笔盖等废弃材料，对实验进行了改进，建构了一个创新实验的动态物理模型（图2）。

在“模拟性状分离比”的实验模型中，甲、乙两矿泉水瓶代表雌雄生殖器官，黑白小球代表雌、雄器官产生的两种配子。实验时，将摇匀后的甲、乙两瓶瓶体倒置过来就会有一小球进入水芯笔盖，记录两瓶黑白小球摇出情况。正立后摇匀，重复多次，统计分析即可完成实验。这样，学生既学到了知识，又能体验了成功建立物理模型的喜悦，感悟建构物理模型材料的易得。

在生物学教学中，科学引导学生利用各种废弃材料建构物理模型的实例很多，如图3、图4所示的用橡皮泥、棉线等材料建构的动、植物细胞亚显微结构模型。

2.2 观察生活细节，巧获建模灵感

诺贝尔文学奖获得者莫言说过：好作品是灵感与生活的结合。在建构物理模型时，可以从生活细节中寻求建构灵感。如：关于酶作用机理的教学中，学生很难理解酶只降低化学反应的活化能，不提供活化能，而加热却能提供活化能。笔者从学校正在举行的跳高比赛中得到启示，在上课时引导学生建构了“降低活化能”的物理模型（图5）。

在这一“降低活化能”的模型中，弹簧跳板相当于为化学反应提供活化能，跳高的高度相当于化学反应所需的活化能，跳高相当于化学反应。通过模型的比较分析，学生很容易理解加热为化学反应提供了活化能（图5-甲），加无机催化剂（图5-乙）和加酶（图5-丙）只是降低化学反应的活化能。通过模型对比分析，学生很自然地理解了酶具有高效性的原因。在建模过程中，学生的自信心得到了增强，真正体会到生物学物理模型的建构并不是遥不可及，只需通过对生活细节的仔细观察，细心加工就可以完成。

2.3 购买简易材料，巧建物理模型

细胞的有丝分裂和减数分裂是高中生物的教学重难点，学生难理解，教师难讲解。在教学中，教师可以利用彩纸剪制染色（单）体、小磁铁代表着丝点的方法进行动态物理模型的建构。笔者在进行有丝分裂的高考复习时，引导学生在黑板上建构了如图6所示的动态物理模型。整个建构过程就是一个小型的情景剧，两位学生在黑板上演示分裂过程中染色体的变化，第三位学生在旁进行同步“画外音”解说各时期的特点及染色体、染色单体、DNA变化规律。

通过建构这样的物理模型，很巧妙地完成了教学互动，同时有助于学生对相关重难点知识的理解和记忆，培养了学生的动手建模能力和语言表达能力，使呆板沉闷的高考复习课堂生动有趣。

2.4 利用教学用具，巧建物理模型

教室内的很多用具是建构物理模型的理想材料。笔者在教学中曾利用粉笔、黑板刷、无盖粉笔盒等材料，来建构“噬菌体侵染大肠杆菌”的实验模型（图7）。

在这一模型中，无盖粉笔盒模拟大肠杆菌、黑板刷模拟噬菌体的蛋白质外壳、粉笔模拟噬菌体的DNA分子、白色粉笔表示未被标记、红色粉笔代表被标记，黑板刷正面（绒面）表示未标记，背面表示标记。教师在模拟过程中，用手将粉笔与黑板刷握紧，当噬菌体侵染时，教师松手让粉笔掉入粉笔盒，模拟噬菌体的DNA注入大肠杆菌，而蛋白质外壳未进入大肠杆菌。通过这样的模拟，学生很容易理解噬菌体侵染大肠杆菌的过程，同时也能很好地理解该实验的结果与分析，能更深入地理解“DNA是噬菌体的遗传物质”这一核心知识。

粉笔头和粉笔盒也可用来建构“标志重捕法”的物理模型，帮助学生理解标志重捕法的原理与计算方法。具体模拟过程是：在粉笔盒中放入白色粉笔头若干（N），然后从中随机抓取一把粉笔头计数为（M），将这M个粉笔头换成同等大小的彩色粉笔头（相当于做好标记），放回原粉笔盒，此时可以引导学生分析彩色粉笔头占盒中总粉笔头的比例（M/N），摇匀后再随机抓取一把粉笔头（n），其中彩色粉笔头（含标记）为m。教师引导学生分析这一把粉笔头中彩色粉笔头所占的比例（m/n）。由于是摇匀后再随机抓取的，所以应该存在M/N=m/n。这样学生就可以轻松理解“标志重捕法”的原理与计算方法。

3 巧用易得材料，建构物理模型的启示与建议

3.1 建构物理模型要做到“意真”

“意真”是物理模型的核心要求。建构物理模型要尽量真实、形象地反映研究对象，不能凭自己的主观臆断随意建构，要具有科学性。在选材上，教师要考虑“易得”，在建构过程中要考虑“可操作性”，不要让学生建构过于复杂的模型，否则会挫伤学生的积极性，从而不利于物理模型的推广。

3.2 建构物理模型要力求“形美”

“形美”是物理模型的追求目标。物理模型美观，具有可观赏价值，才能吸引学生的眼球，才能真正做到为教学服务。所以在建构过程中，教师可引导学生不断完善模型，在不断完善的过程中进行思维的碰撞，激发学生的创新意识，培养学生严谨的科学精神。

3.3 建构物理模型要关注学生“发展”

教师在引导学生选择“易得材料”，进行物理模型的建构过程中，要注意培养学生之间的合作互助能力，从多方面多角度促进学生的全面发展，让建模成为学生终身学习的一项有效策略。通过不断建构物理模型，培养学生的建模能力，逐步形成科学的思维习惯，在今后的学习、生活中遇到抽象的概念、理论、规律时，都能尝试用建构简易物理模型的方法进行思考，从而变复杂为简单，变抽象为形象，提高学习的有效性。

总之，司空见惯的材料很多，当教师给予适当的加工，就可以建构出很好的、很实用的物理模型。这些物理模型也将成为教师教学的好道具，学生学习的好帮手。笔者坚信：只要教师适当地引导，积极地鼓励学生去思考、去行动，就一定会建构出理想的物理模型。