物理模型在生物教学中的运用

曹海渊 景改玲

生物教学中常用的模型有概念模型、数学模型和物理模型。不论哪种模型只要运用得当，均可以拓展学生的知识面，加深学生对相关知识的理解，都可起到事半功倍的效果，本文就谈谈物理模型在生物教学中的运用。

物理模型在生物教学中的运用有两方面的作用，一是抽象化，对于诸多的原型要在分析共性后，经简化提炼出这些客观事物的本质，让学生深刻领会后，便可解决一类问题，这对于诸多高频考题特别有用。比如，在生物教学中常有一类题目以不同的形式呈现，有的是线段形式，前半段表示植物处于黑暗条件下，而后半段表示植物处于光照条件下，题目会要求学生计算在光照1小时内植物的总光合速率，而有的题目以实验的方式来考查学生的实验设计能力，如题目给定氢氧化钠溶液、碳酸氢钠溶液、小烧杯、集气瓶，要求学生测出这株植物的总光合速率，不论以哪种形式出现，其原理相同。我们先在集气瓶放置盛有氢氧化钠的小烧杯和植物后，将其放在黑暗的环境中，与集气瓶相连的导管中液滴移动了a毫米，这便是呼吸速率。而后将集气瓶在光下放置1小时，此时该植物光合作用、呼吸作用同时进行。假设1小时内液滴移动了b毫米，这样就测得了净光合速率，我们将净光合速率b和呼吸速率a相加便得出了总光合速率。于是通过实验设计和分析线段的表示法解决了一类问题，这是抽象概括处理问题的方法。二是具体化，比如在教学中对于某些过于抽象的问题、科学概念，假设、理论或动态变化。如果要正确认识其特点，深刻掌握实质。我们便可将其具体化为某一特定的模型。在高中生物教学中，常用的有丝分裂和减数分裂过程中染色体的动态变化过程模型以及DNA的双螺旋模型。这类模型的好处是直观、形象，有利于学生清晰地认识抽象微观的事物。所以在建立模型的过程中，就是一个思维和行为相统一的过程。通过对科学模型的研究来推知某些客观事物的性能和规律，借助模型来获取、拓展和深化对客观事物认识的方法，就是科学研究中常用的模型方法。

物理模型在生物教学中的应用非常广泛，小到细胞器，比如线粒体、叶绿体模型，就是借助模型来帮助学生认识其结构，进而理解其功能，从而实现学生理解上的结构和功能相适应的特点。大到生态系统，如教材上让学生动手制作生态瓶，就是充分体现了生物与环境相适应性的特点。由此可见，模型在生物教学中应用之广泛，作用之重大。因此在生物教学中合理恰当地应用物理模型，对于促进和提高教学效果的作用是非常明显的。另外，我们在利用现有的物理模型的同时，也可以改造和制作新的模型、模具。比如在“性状分离比的模拟实验中”，有甲乙两个小桶分别代表卵巢和精巢，每个小桶内放两种不同颜色的彩球，分別代表杂合子F1产生的两种配子，分别从两个小桶内随机抓取一个小球，这表示雌配子和雄配子的随机结合形成合子。需要注意甲乙两个小桶中小球总数可以不相同（原因是精巢中产生的精子数远大于卵巢内产生的卵细胞数），但每个小桶中两种小球的比例一定要为1∶1，对于该实验我们也可以改造设计成新实验，比如可模拟Dd和dd的个体间的杂交实验。模拟时只需将其中一个小桶中的小球换成一种颜色的小球，其他过程相同。也可以模拟两对相对性状的杂合子产生配子的过程，如甲桶放置黄白两种数目相等彩球，代表Y，y两种配子，在乙桶中放置黑绿两种数目相等的小球，代表R，r两种配子，分别从甲乙中抓取的小球可模拟等位基因的分离，抓取的小球放在一起可模拟非等位基因间的自由组合。因此只要善于利用和挖掘教材中已有的模型，可使课堂变得生动有趣、事半功倍。

总之，高中生物教学中涉及的模型远不及这些，限于篇幅，本文在此只作简要的归纳。我们在教学过程中，要充分运用物理模型，更好地解决一些生物学实际问题，使学生对生物学产生更加浓厚的兴趣。构建物理模型正是拓展学生的空间想象能力和思维能力的过程。但实际问题是复杂多变的，物理模型的构建需要学生同时具有一定的探索性和创造性。如何将生物学理论知识转化为模型，这是对学生创造性地解决问题的能力的检验，也是理科教育的重要任务。用物理模型来描述生命现象，有助于学生从总体上去认识生命的本质。用构建模型的办法来反映生命活动的规律，则更容易被学生接受，起到事半功倍的效果。因此，生物学课堂教学中应突出生物学科的特色，课堂中应多展示物理模型来解释生物学事实，多运用模型方法解决有关生物学问题，从而提高课堂效率，发展学生思维，提高学生能力。

注：本文系甘肃省平凉市教育科学规划课题（课题立项号：[2018]PLG672）《积极践行模型法 构建生物高效课堂》之论文。

编辑 李琴芳