谈构建物理模型在高中生物教学中的应用

郑吉君

摘 要：高中生物学相对其他学科来说，一直是一门抽象而复杂的学科。为了帮助學生更好地理解生物学知识，建立物理模型的教学方法已经在高中生物学教学过程中进行了有益探索。建立物理模型的教学方法可以给学生带来更加直观的印象。本文对模型与物理模型的概念进行了简单界定，说明了在生物教学的各个方面建立物理模型的必要性，阐述了将物理模型应用于高中生物学教学的好处，并希望对高中生物学教学有所帮助。

关键词：物理模型;高中生物学;实践应用

高中生物学向学生展示了一个更加全面系统又丰富多彩的世界。分子和细胞的基本结构使学生能够探索生物大分子的奥秘，遗传和进化的特殊定律使我们感受到生命的魅力，生物与环境的有机统一让我们可以更好的了解大自然的奥秘。在这样的教学背景下，老师只讲授教材上枯燥无味的知识，往往不会产生良好的教学效果。构建物理模型可以很好地改变这一点。作为一名高中生物学教师，需要培养学生物理模型构建的基本思维和技能，以帮助学生以创新的方式更好地获取生物学的相关知识。

一、“模型”与“物理模型”的界定

模型是人们为了某种特定目的而对认识对象（即原型）所作的一种简化的概括性的描述，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。模型的形式有很多，包括物理模型、概念模型、数学模型等。

物理模型是指以实物或图画形式直观地表达认识对象的特征。物理模型包括实物模型、模拟模型和图片。如沃森和克里克制作的DNA双螺旋结构模型，它形象而概括地反映了所有DNA分子结构的共同特征。对分子和细胞等微观且抽象的知识，学生无法形成直观的理解，可以提取真实模型并将其呈现在学生面前，对其进行简化以使其更加直观。

对物理模型问题的研究离不开对真实现象的深入思考，实际上是追求本质，而通常却忽略了次要因素，抽象的实际问题不再是原始问题，而是可以显示问题的本质特征，这就是构建物理模型的一般思维模式。可以说建立物理模型对高中生学习生物十分重要。

二、物理模型在高中生物教学中的意义

（一）提高学生的学习兴趣

在高中生物教学过程中，有许多抽象概念，如肉眼无法观察到的分子和细胞，以及奇妙的细胞分裂。然而如何使这些抽象概念具体化，使学生能够更加清楚的理解和掌握，是一个值得教师思考的问题。物理模型的构建为课堂教学效果的提升开辟了道路。一旦教师使用物理模型进行教学，学生就会对课堂内容极为感兴趣。他们的注意力将特别集中。教师指导学生结合模型学习相关知识，以帮助学生更深入的理解。

（二）提高学生学习效率和综合素质

在高中生物课堂上建立物理模型，让学生积极参与到物理模型的建构之中，使他们积极参与到课堂教学中，从而提高了学生的学习效率。高中生物学不同模块之间的知识是相互联系的。对于高中生来说，有很多知识要记住，并且可能会令其困惑，因此教师可以将模型构建过程与高中生物学课堂教学有机地结合起来。这种有效的整合不仅可以帮助学生探索更深入的知识，还可以通过构建模型转变学生的思维方式，从而增加思维的灵活性，并在与小组的合作研究中建立和改善学生的团队合作的能力，提升学生的整体素质。

（三）更新教师教学理念

新的教学方法的应用离不开教师对教材本身的深入探索。只有熟悉教材，才能灵活地构建物理模型并使用物理模型。因此，教师在备课中要深入钻研教材，理清核心知识的内在联系，运用建模教学内容，分析和解决相关的生物学问题，以提高教学效果。学生之间有效的互动交流改变了传统的教学方法，充分体现了以学生为主体的新课程理念。

三、物理模型在高中生物教学中应用的现状

在实际教学中，由于面对高考的压力，教师或因课时紧，或因思想意识上没有重视，认为模型不是非做不可，完成与否对学生成绩并无明显的影响等原因，教师通常不关注课堂中模型教学研究，导致学生模型建构思维培养的缺乏。在客观条件下，教师的教学方法单一，只用简单的语言向学生解释理论知识。这将导致高中生对抽象知识的不完全理解。这导致了令人尴尬的局面，教师很难教，学生很难学。

四、物理模型在教学实践中的应用

模型构建的目的最终是为了帮助学生掌握高中生物学学习中的核心概念，提升学生运用模型的内容和原理来解释某些生物现象并回答生物学问题。例如，生物膜流动镶嵌模型用于描述分泌蛋白的分泌，白细胞吞噬细菌，植物细胞质壁分离和复原过程中原生质层的伸缩以及糖蛋白在细胞之间交换信息中的作用。

（一）尝试制作真核细胞三维结构模型

在学习细胞基本结构这一内容时，教师常采用的方法是借助多媒体课件和课本插图，引导学生看图、记图，学生对真核细胞的亚显微结构的整体认识和对各种细胞器的结构和功能记忆和理解有欠缺。在教学中，笔者采取了动员学生课下动手制作模型，课上将自己制作的模型介绍给老师和同学，并进行优秀模型的评比和展出活动。通过系列活动，激发了学生学习的兴趣，学生发挥想象积极尝试用多种材料来制作模型，呈现出了许多优秀作品，例如，用粘土、软陶、滴胶制作的模型，学生在向老师的同伴介绍自己的模型时，能准确描述出各细胞器的形态特征和功能，在课后作业完成关于细胞亚显微结构的相关练习时准确率有明显的提高。

（二）构建减数分裂中染色体变化的模型

减数分裂是高中生物学需要重点掌握的知识之一。尽管每个物种具有不同的染色体数目和形状，但减数分裂的规律是相同的，但是在细胞分裂的过程中，同源染色体具有复杂的行为，并且染色体数目会改变很多次。为此，学生必须具有强烈的空间想象力。当教师讲授减数分裂过程中染色体变化的过程时，可以引导学生创建合适的物理模型，以提供更直观的印象。笔者在教学中，事先将准备好的卡纸、剪刀等分发给学生，让学生分组建模。学生先动手绘制染色体，然后剪切每条染色体并模拟减数分裂过程中同源染色体变化的动态过程。学生通过模拟减数分裂过程中同源染色体的分离和非同源染色体自由组合的过程，使学生对减数分裂过程有了更深入的理解。

（三）构建DNA分子双螺旋结构模型

DNA分子双螺旋结构模型是高中生物学习中的重点内容之一，在课堂教学中通常有以下两种构建方法。方法一，引导学生重温DNA分子双螺旋结构模型构建过程的科学史，沿着科学家的足迹尝试构建DNA分子双螺旋结构模型，感悟科学研究中蕴含的科学思想和科学态度。方法二，在新课程学习之后，引导学生从三种物质（磷酸、脱氧核糖和含氮碱基）、四种基本单位、两条脱氧核苷酸链和一种双螺旋结构这四个步骤进行DNA分子双螺旋结构模型的构建，使学生能够加深对DNA分子双螺旋结构的理解。DNA双螺旋结构模型的构建可以帮助学生理解诸如遗传信息的存储，DNA分子多样性和特异性，DNA分子的复制，基因与DNA之间关系，以及基因的表达等问题。

（四）性状分离比教学中物理模型的应用

在高中生物学教学中，孟德尔遗传定律是十分重要主干知识。两大定律中的分离定律又是自由组合定律的基础。教材中以假说—演绎法为主线，揭示了分离定律的提出，但是孟德尔提出的假说内容较为抽象，为了更好地理解这一内容，教师可以在讲授分离定律时引导学生创建物理模型。每个小组准备两个小桶，两个小桶分别代表雌雄生殖器官，而小桶内两种相同数量的彩球，分别代表两种类型的雌雄配子，用不同彩球的随机组合模拟雌雄配子的随机结合，学生在亲身参与的过程中，探讨遗传因子的分离、配子随机结合与遗传结果的关系，使抽象的知识直观化。

结语：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，在课堂教学中积极探索并开展建构模型的教学活动，对于学生发挥主观能动性，锻炼和提升学生的思维品质，提高学生的生物学学科核心素养，都有重要的作用。

参考文献

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[2]成瑾.问题教学法背景下的高中生物课程教学模式研究[J].绿色科技，2018（03）：236-238.