基于STEAM理念的初中生物学物理模型建构教学的研究

王艳艳

(江苏省灌云县实验中学 222200)

传统的生物教学模式基本上都是教师在讲台上传授知识，学生在座位上被动地接受知识.而在生物教学中培养学生的动手操作能力是非要重要的，传统的教学模式却很难达到这一目的.而建构模型就是让学生直观地感知知识，培养学生的实际操作能力，STEAM理念是集科学、技术、工程、艺术、数学多领域融合的综合教育.所以在初中生物教学中基于STEAM理念建构物理模型，旨于培养学生生物核心素养，进而培养为综合型的创新人才.

一、物理模型的概述

在初中生物学中构建模型，是将生物学所研究的对象，去掉不必要的细枝末节，将最原始、最本质东西概括并描述出来.这种模型可以是定性的，也可以是定量的；有的借助具体的事物或者其他形象化的手段，有的则通过抽象的形式来表达.生物教学中模型构建一般主要可以分为概念模型、数学模型、物理模型三大类.而物理模型是以实物或者图画的形式直观地向学生呈现认识对象的特征.物理模型具有直观性、具体性，更便于初中学生对生物学的理解，是初中生物教学中比较常用的一种模型，这种模型有利于培养学生的发散思维、想象力等综合能力.例如沃森和克里克制作的DNA双螺旋结构模型就是采用生物学中的物理模型.本文也将着重探讨建构物理模型在初中生物教学中的作用和应用.

二、物理模型在初中生物中的作用

1.促进学生的自主学习

传统的教学模式侧重于教师主导课堂，教师按照课本上罗列的知识点根据自己的理解传授给学生，而学生只是被动地接受教师的教学.知识不是学生通过自主探究、自主学习得到的，所以学生对这些知识的理解和记忆也是有限的.而物理建模是通过实物或者图片呈现研究对象的本质特征，学生在物理建模的过程中需要思考如何建构一个具体的物理模型来概括理论的知识点，这提升了学生的探索能力.而且物理建模是一个创造性的过程，学生需要自己分析生物知识，发现问题然后通过建构物理模型解决问题.由此可见，在初中生物教学中让学生建构物理模型，可以培养学生的自主学习能力.

2.促进学生的思维发展

在生物学建构物理模型的过程中，需要学生思考从不同的角度、往不同的方向寻求解决问题的方法.在发散的思维中寻找最直接、最确切的物理模型构建有效的新的知识体系.首先教师可以让学生通过沟通交流，自主构建合适的物理模型，让学生自动思考、积极参与，培养学生的知识归纳和实践能力.然后可以让学生分享自己建构的物理模型，教师可以用更专业的语言进行补充，为师生共同探究、互相合作创造契机.在整个过程中，学生的思维一直很活跃，可见，在生物课堂上构建物理模型，可以促进学生思维能力的发展.

3.提升学生的科学素养

初中生物教学中应用模型主要就是培养学生能够将生物理论知识通过应用模型解决实际生活中遇到的问题.要求学生能够将理论与实际联系起来，学以致用.在建构物理模型的过程中，学生需要对所学的知识点进行归纳和概括，提炼出知识的本质含义，然后应用物理模型解决实际生产生活中遇到的问题，培养学生的科学素养.在应用模型解决问题的过程中，培养学生实事求是的精神，让学生对人类、对大自然、对社会有一个更深入的了解，形成热爱生命、爱护大自然、保护环境的情感.

三、物理模型的在初中生物中的应用

1.展示实物

实物模型是教师在讲解生物知识的时候，可以引导学生一起寻找一个可以辅助这堂课进行的实物，让学生直观地、准确地学习和理解新学的知识点.

例如，对“认识种子的主要结构”这一知识点的物理模拟建构.种子的主要结构对学生来说是比较抽象的概念.为了让学生直观地了解种子的主要结构和不同植物种子的结构是否一致，教师可以引导学生在这节课上建构物理模型中的实物模型，通过实物认识种子的结构.具体实验所需要的材料有浸软的菜豆种子和玉米种子、培养皿、刀片、放大镜、碘液等等.先让学生对菜豆种子和玉米种子的外观进行观察，让学生分享自己观察到的外部结构.然后再让学生自主通过课本和教师的讲解的方法，完成对菜豆和玉米种子观察与解剖，剖开之后可以发现菜豆种子有两片子叶、胚芽、胚根、胚轴和种皮.而玉米种子有胚芽、胚根、胚轴和种皮，只有一片子叶，除了有上述物质之外，玉米种子还有菜豆种子没有的胚乳，胚乳中贮存大量养料，包括淀粉，这也就是为什么菜豆种子遇碘液不变色，而玉米种子会变蓝的原因.通过实物模型的展示，学生通过具体的种子实物对种子的结构有了更深刻、更直接地认识.

2.模拟过程

模拟模型是让学生自己动手将生物学中的知识用一个模拟的模型呈现出来，通过模拟模型，学生能清楚地了解知识的原貌和本质，找到知识的突破点.模拟模型能够很好地还原事物本质，有利于促进学生打破教学设施不足的限制，最大化探究生物知识与奥秘.

例如，在学习植物细胞的结构的时候，为了让学生对植物细胞有更清楚地理解和认识，教师可以让学生根据书本上对植物细胞的介绍，自己动手制作一个植物细胞模拟模型.可以用到塑料盒、塑料袋、核桃、有颜色的水和无颜色的水、气球、大米粒等等，然后让学生根据自己对植物细胞的理解，利用所拥有的材料制作一个植物细胞模拟模型，可以用一次性的塑料盒当作植物细胞的细胞壁，用塑料袋当作植物细胞的细胞膜，核桃当作细胞核，无颜色的清水当作细胞质，再将气球装水作为植物细胞的液泡，有颜色的水充当细胞液，用米粒当作线粒体.这样，一个完整的植物细胞的细胞模型就制作完成了.制作完成之后还可以让学生展示自己制作成果.在制作植物细胞模拟模型的过程中，学生可以清楚地了解到植物中液泡的形态，线粒体的具体位置.通过制作模拟模型之后，学生再根据自己所制作的模型和大家分享自己对植物细胞的理解.这样一来，学生对这个知识点掌握就会更加透彻.

又如在学习“染色体结构”的时候，教师可以引导学生利用回形针、橡皮泥、彩笔、纸条等材料，将染色体这一抽象的物体转化为具体的模型，让学生直观地认识染色体的具体形态.具体操作将回形针串成两串作为染色体的载体，然后将橡皮泥搓成小球，作为染色体上的蛋白质，在纸条上涂上不同颜色的色块代表染色体上不同的基因，最后将两张纸条卷成螺旋形，缠绕在串成的两串小球上.螺旋形的纸条就代表DNA双螺旋结构，两串带纸条的结构就代表一对染色体.学生在制作染色体模型的过程中，对染色体中比较抽象难懂的知识有了具体的认识，认识到染色体和染色体中的基因是成对出现的，而DNA是链状双螺旋结构.

3.展示图画

图画模型比较简单，很多教材中就大量使用了图画模型辅助教学.图画模型主要就是通过图片呈现生物教学中的一些结构模型.这类模型呈现给学生有助于帮助学生理解课本上比较理论性的知识.

例如“神经系统的组成”，学生需要了解神经系统的组成部分,神经元的结构和功能，但是神经元对学生来说不仅抽象而且难懂，但是书本上详细介绍了神经元的组成部分，并且附带了一张图片给学生呈现了神经元的具体形态和组成部分，神经元即神经细胞，是神经系统最基本的结构和功能单位.分为细胞体和突起两部分.利用图片的直观性和便利性，建构图画模型能够让学生对生物知识的理解更深刻.

综上所述，建构物理模型在初中生物教学的应用的十分广泛，也十分重要.在初中生物教学的过程中应该基于STEAM理念引导学生建构物理模型，帮助学生系统地学习和理解新的知识和概念，提高生物课堂教学的效率，提高学生的生物核心素养.在运用物理模型的生物课堂上，学生是学习的主体，学习主动探索和发现知识，促进学生思维的发展，也培养了学生的科学素养，让学生学会运用理论知识解决实际问题.