巧用物理模型 突破生物学教学难点

栾璐

摘要 结合教学实践案例，概述了生物教学过程中根据不同教学内容建构不同的物理模型来突破教学难点。

关键词 物理模型 模型建构 生物学教学

中图分类号 G633.91

文献标志码 B

《普通高中生物学课程标准（2017年版）要求培养全体高中学生的生物学学科核心素养。教师可通过培养学生的模型建构能力的培养，从而提高学生的思维与认知水平，进而帮助学生理解与掌握所学的生物学知识。怎样巧妙建构物理模型来突破教学难点，是值得高中生物学教师研究探讨的课题。

1物理模型在生物教学难点突破中的作用

物理模型是以实物或图画形式直观地表达认识对象的特征的模型，可以分为结构模型和过程模型两种，其中过程模型与概念模型有所交叉，如血糖调节的物理模型。

教师开展建构物理模型教学，能够让学生更直观形象地体验知识的形成过程，加强学生的感性认识，使学生在从具体到抽象的认识过程中发生认知冲突，从而促进认知水平的发展，大大提高学习的效率。例如，高中生物学《必修1·分子与细胞》基于细胞这一最基本的生命系统展开。细胞体积微小，只能借助显微镜观察到一些结构，这使得学生对一些细胞结构的认识非常抽象和片面。因此，教师引导学生利用生活中的材料如桔子皮、花生、芝麻、绿豆等建构真核细胞的三维结构模型，既生动直观，又让学生形象且深刻地认识和理解细胞结构。教师引导学生进行物理模型建构的过程教学也是一种科学探究的过程，要求学生在明确目标的基础上，由已知去推导未知，遵循科学规律，选择科学的研究方法，检验模型与实际是否相符，从而提升的学生的分析综合能力、思维推理能力、合作创新能力等，突破教学难点，提升学科核心素养。教师在引导学生建构物理模型的过程中，需要充分研读教材内容与课程标准，明确相关建模内容，选择恰当的建模方式进行课堂教学。在此过程中，教师不仅丰富了自身的知识，提升了自身的能力，同时还更新了教学观念。

2物理模型在生物教学难点突破中的应用

物理模型是实施课堂教学的载体，是否选用物理模型进行教学，选择何种物理模型，应视教学内容和教学目标达成的需求而定。

2.1巧用物理模型，促进学生从平面到立体地认识相关结构

生物学教学过程，包含许多结构方面的内容，学生只有充分了解相关结构，才能理解其功能。书本只是以平面图的形式呈现有关结构，大大限制了学生的认知。因此，教师利用物理模型，可以帮助学生从立体的角度更好地了解其结构。

例如，教师利用百变魔尺建构蛋白质的多样结构。人教版高中生物必修1的“生命活动的主要承担者——蛋白质”这节内容的难点是蛋白质结构的多样性。教师利用百变魔尺中不同颜色的三角块模擬不同的氨基酸。学生通过增减三角块构建不同的多肽，总结得出：氨基酸的种类、数目、排列顺序不同，蛋白质的结构不同。接着，教师引导学生通过百变魔尺不同的折叠方式，让学生体会蛋白质的二级结构，再在其基础上进行盘曲折叠形成三级结构，一条或多条肽链集合在一起构成具有四级结构的蛋白质分子。学生通过建构蛋白质的四级结构模型，理解“多肽链的盘曲折叠方式不同，蛋白质的结构不同”。

又如，学生利用半球形空心泡沫板、有洞乒乓球、牙签、超轻黏土建构生物膜的结构。在必修1“生物膜的流动镶嵌模型”这节中，生物膜的结构由几种成分怎样构成是其难点。教师先提供有洞乒乓球和牙签，让学生建构磷脂分子在水—空气界面的排布;接着，引导学生思考，建构磷脂分子在水溶液中的排布。学生结合磷脂分子头部的亲水性和尾部的疏水性，会建构出球形的头部朝外、尾部朝内的结构模型。教师再引导学生思考生物膜上磷脂分子的排布方式，多数学生会排布成磷脂双分子层的平面结构模型;然后，引导学生思考立体细胞中膜结构如何建构，学生利用提供的半球形空心泡沫板建构立体结构模型。最后，学生将超轻黏土做成的蛋白质整合到已建构的立体结构模型中，从而理解蛋白质的不同分布，如镶、部分嵌入或全部嵌入、贯穿磷脂双分子层等。学生通过建构生物膜的立体结构模型充分理解各种成分在膜上的分布。

2.2巧用物理模型，促进学生从现象到本质地理解相关复杂生理过程

生物学教学涉及到许多复杂的生理过程，学生很难通过书本文字和图片理解其过程。因此，教师利用物理模型，可以帮助学生更好地理解其过程。

例如，教师利用打印模型纸建构蛋白质翻译过程模型，帮助学生理解“基因指导蛋白质的合成”。教师提供：有碱基排列顺序的长条纸模拟mRNA，“倒葫芦”形带切口的纸片模拟核糖体，“三叶草”形的纸片模拟tRNA，长方形的纸片模拟氨基酸，回形针模拟形成的肽键。学生首先让核糖体与mRNA结合，通过利用相应tRNA转运相应氨基酸，氨基酸之间发生脱水缩合，然后核糖体沿着mRNA移动依次读取密码子（图1）。在建构翻译过程的模型中，学生会产生一些困惑：从哪端开始读取密码子？tRNA先与氨基酸结合还是先与mRNA进行互补配对？是核糖体沿着mRNA移动，还是mRNA沿着核糖体移动？读取到什么密码子结束？......教师引导学生分析、解答困惑，使学生深入理解翻译过程，促使学生建构出正确的翻译过程模型。由于纸片比较容易破坏，建议可以尝试用薄塑料纸代替，这样氨基酸和tRNA可以通过双面胶结合，氨基酸之间也可以连接，并能重复利用。另外，教师还可以让学生模拟一条mRNA上结合多个核糖体，发现合成出来的多肽链相同，并提高翻译的效率。

2.3巧用物理模型，帮助学生从抽象到具体地理解相关生物技术手段

在学习生物学技术时，这些技术离学生的生活非常遥远，学生很难理解其技术原理和过程。因此，教师可运用物理模型，帮助学生更好地理解其技术原理和过程。

例如，学习“单克隆抗体”时，教师利用6孔培养板、不同颜色的小球、不同颜色“Y”形纸片、圆孔磁铁建构克隆化培养和专一抗体检测模型，帮助学生理解。学生利用不同颜色的小球模拟不同的杂交瘤细胞，通过稀释到不同的小孔中进而增殖，产生不同颜色的“Y”形抗体，利用带有圆孔磁铁的蓝色纸片模拟特异性抗原，与相应的带有磁性的蓝色抗体结合，从而筛选出阳性孔中能产生特异性抗体的杂交瘤细胞。学生通过建构克隆化培养和专一抗体检测模型（图2），将抽象的生物技术具体化，深入理解其原理和操作要点。由于抗原和抗体的特异性结合是基于两者结构的互补性和亲和性，教师可以将上述抗原和抗体的模型进行改进，不用圆孔磁铁，就用磁性贴制作抗原和抗体，并在其形状上体现其互补性，使其更具有科学性。

3物理模型在生物教学难点突破中的延伸

学生不仅可以在建构物理模型的过程中加深对所学难点知识的理解，还能利用已经建构的物理模型来分析问题和解决问题。

例如，学生可在已经建构的生物膜的模型基础上，结合磷脂分子的特性思考如何分别包裹脂溶性物质和水溶性物质，运用结构与功能观理解生物膜的功能，从而进一步思考物质如何进出细胞。

运用物理模型突破生物教学难点的实施策略是现今高中生物教学研究的热点，教师要善于对教材内容进行深度挖掘，多阅读与教学内容相关的书籍及突破教学难点的不同方法，关心前沿科技的发展，鼓励学生积极思考，大胆创新，建构科学合理的物理模型，并且不断地从“建模-析模-修模-用模”中发展学科核心素养。建构物理模型既是教师突破教学难点的重要手段，也是学生积极主动学习成果的展现。

参考文献：

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[2]刘剑飞.高中生物教学中的模型建构信息化思维培养[J].新课程，2019，（7）：4.

[3]王丽群，殷汝军，岳婷婷.让思维的火花在指尖上碰撞——例析“物理模型”在高中生物高效课堂中的应用[J].中国现代教育装备，2013，（14）：56-59.

1969501705286