物理模型在高中生物教学中的应用和建议

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《高中生物课程标准（实验）》中明确指出：“了解、领悟、建立模型等科学方法及其在科学研究中的应用,培养学生的建模思维和建模能力,获得生物学的基本事实、概念、原理、规律和模型等方面的基础知识”,且在新课标教材中也大量引用了经典的模型建构,因此,建构模型这种新颖的教学模式越来越受到关注.

模型是人们为了某种特定目的而对认识对象所作的一种简化的概括性描述.模型的形式很多,包括物理模型、概念模型、数学模型等.其中,以实物或图画形式直观表达认识对象的特征,叫做物理模型.在人教社出版的高中生物新课标教材中要求学生亲自动手建构的物理模型共有5个,它们是必修一中的《尝试制作真核细胞的三维结构模型》和《利用废弃物品制作生物膜模型》,必修二中的《建立减数分裂中染色体变化的模型》和《制作DNA双螺旋结构模型》,以及必修三中的《建立血糖调节的模型》等.

笔者对物理模型建构在新课改下的高中生物教学中的应用谈谈自己的一些观点和建议.

一、物理模型建构在高中生物教学中应用

高中生物教学中,有的知识点较抽象,看不清摸不着,难突破,如果教师能够从形象思维入手,利用事先制作好的相关的物理模型或是引导学生通过自己思考和动手,建构物理模型来学习生物学知识,将会大大提高学生的学习效率,降低学习难度.

1.利用物理模型的建构,激发学生的学习兴趣,巩固重难点

爱因斯坦说过：“兴趣是最好的老师.”特别是对于刚刚进入高中学习,思维活跃好动的高一学生,激发学习兴趣,让学生爱上生物,重视生物,主动学习生物,至关重要.

教学实例1：在讲授完必修一的《细胞的基本结构》时,学生已经通过前3章的学习,初步了解了细胞的多样性和统一性,组成细胞的分子和细胞的基本结构等知识.对于这部分知识的掌握,过去学生多半是靠死记硬背应付了事,不但知识点凌乱无序,遗忘率高,而且学生也厌倦了背念的老旧学习方式,学习缺乏主动性,效果很差.所以笔者做了相应的改进,引导学生在一周的时间内利用所学知识和手边易得的材料用具,自己动手尝试制作真核细胞的三维结构模型.在这一周的时间里,笔者发现学生表现出了极大的热情.他们自行分组分工,根据细胞各部分结构和功能的特点,尝试用不同的材料来代表不同的细胞结构,还常常为例如“到底用塑料袋还是布做细胞膜”这样的问题而激辩.一周后的模型展示课上,各个小组的学生都带着本小组制作的物理模型进行交流和评价.学生通过动手制作,不但进一步系统性地巩固了真核细胞结构的相关知识,学以致用,对重难点记忆深刻,培养了共同学习、团结合作的精神和动手能力,更重要的是体会到了高中的生物学习不只是死记硬背,原来可以这么有趣,在“玩中学,学中玩”,从而产生了强烈的求知欲和浓厚兴趣,这对于以后高中三年的生物学习十分有益.

2.利用物理模型的建构,突破教学中的重难点

生物作为一门自然科学,与物理、化学等其他学科相比,有的知识点,特别是某些生理过程较抽象、微观,学生难以感知,无法理解,这就给教师的教学带来很大难度.因此笔者在实际教学中摸索出了一套利用建构相关物理模型来突破重难点的教学方法,效果显著.

教学实例2：在讲授《基因指导蛋白质合成》这节新课时,学生总是无法准确理解基因通过转录翻译传递遗传信息的生理过程.以前用挂图或课件,教学效果都不理想,所以笔者在备课时自行制作了基因转录翻译的物理模型.用铁板做支架,用不同颜色的硬纸片做核糖核苷酸,用塑料板做核糖体,用不同颜色和形状的铜线做各种tRNA和氨基酸,并把它们组装成一台能模拟基因转录翻译生理过程的物理模型.在讲授相关知识点时,笔者向学生展示了这台物理模型,边讲解教材中的理论知识,边在模型上动手演示了转录翻译的生理过程,学生兴趣高涨,很快就把书本中抽象难懂的文字和图与眼前这个直观可操作的物理模型联系在一起,并争相上台操作演示,更深入地理解了基因转录翻译中的重要步骤和遗传信息的传递过程.

除了可以通过教师课前制作物理模型来攻克教学中的重难点外,也可以通过指导学生在课堂上自己动手制作相关的物理模型来加深理解某些生理过程.

教学实例3：在讲授《有丝分裂和减数分裂》相关内容时,染色体在细胞分裂各个时期的形态和数目变化,永远是学生最头痛的重难点.：笔者在教学中一改过去只靠理论讲解和板画相结合的教学方法,尝试着指导学生在已有知识的基础上,在课堂上利用事先准备好的磁铁、彩纸、双面胶、毛线等材料用具,分组讨论,大胆想象,制作简单的染色体模型,现场动手模拟演示有丝分裂和减数分裂过程中染色体的一系列变化,例如染色体什么时候复制,着丝点怎么分裂,染色体如何分到细胞两极,等位基因怎么分离,非等位基因如何自由组合等,从而更加深刻地领悟了这两种细胞分裂过程中染色体形态和数目变化、二者间的区别,以及基因分离定律和基因自由组合定律的实质.

教学实例4：同样的教学方法也适用于《DNA分子的结构和复制》的讲授.教师在课堂教学中,引导学生利用硬纸板、彩笔、胶带等工具,构建DNA分子结构模型,模拟DNA的复制过程,使抽象微观的分子结构和生理过程更直观,更具体,有助于学生对相关知识的重难点进一步理解和记忆,也培养了学生探索想象的能力,使呆板沉闷的课堂变得轻松活跃有趣.

二、在高中生物教学中应用物理模型建构的几点建议

物理模型建构作为一种较新颖的教学方式,在实际教学中有很多地方是需要注意的,以下是笔者对在高中生物教学中应用物理模型建构的几点建议.

1.应创造条件鼓励学生多动手建构物理模型

有的教师总是担心让学生动手制作物理模型占用太多教学时间,会影响教学进度,其实笔者前面所举的几个教学实例足以证明物理模型的建构不是浪费时间,它不但可以在教学活动中以学生为主体,激发学生学习兴趣,还能突破和巩固重难点,这些优点是传统教学模式所不能媲美的,也正是新课程改革中所推崇的教学新模式,何乐而不为呢?因此在实际教学中,教师应该想方设法留出足够的时间,提供各种材料用具,创造条件鼓励学生多动手制作物理模型,一定会收到意想不到的效果.针对一些制作难度较大的物理模型,教师可在课前事先做好样品或是现场示范某些关键步骤,供学生在制作过程中参考,以降低学生的制作难度.2.应先教授给学生一定的相关理论知识,再组织进行物理模型的建构

有的教师在实际教学过程中,一味地求新求变,不考虑学生是否具备相关的知识基础,急于求成,在新课一开始就要求学生建构物理模型.例如：教师没有先向学生讲授“生物膜流动镶嵌模型”的知识要点就要求学生制作相关的物理模型,这是有悖于学生正常的认知顺序的.学生不但不会做,给物理模型的建构带来很大的困难,费时,费力,而且也收不到良好的预想中的效果,是一种失败的教学方式.因此,教师应先教授给学生相关的理论知识,比如磷脂双分子层是如何排布的,蛋白质分子是如何分布的,生物膜具有怎样的结构特点和功能特点等等.学生有了这些知识作铺垫,才知道如何建构生物膜流动镶嵌模型,这样才能收到满意的教学效果.

3.应注重对物理模型的评价

评价,至关重要.学生通过评价可以了解自己在学习过程中的学习效果和缺陷,及时改进,调整策略,提高学习效率,教师也可以在评价中不断提高教学效率.因此教师应该和学生一起以自我评价和相互评价等方式对物理模型进行评价.师生评价的对象不应该只有学生自己动手制作的物理模型,还应包括教师课前制作的教具.师生对物理模型的评价也应包括两个方面.第一方面是对物理模型最后制作成果的评价,比如该模型的科学性、可操作性、经济实用性、美观性等；第二方面是师生常常忽略的一点,那就是对物理模型制作过程的评价,比如在各小组制作模型的过程中,分工合作是否科学高效,分享到什么收获,还有哪些方面可以进一步创新改进等等,教师也可以谈谈自己在制作过程中的想法和体会.教师可事先设计好模型评价表,罗列相关评价标准,指导学生依表评分,把得分较高的物理模型进行展示、拍照或保存下来作为样品或教具.学生通过这样的评价不但能进一步巩固记忆知识点,同时也体会到了团结协作的重要性和较强的成就感和集体荣誉感,并在不断的创新探索中总结提高,培养了批判性思维和创新能力,这些在将来的高中生物学习中都是必不可少的.教师也参与到学生的评价活动中,不但拉近了师生间的距离,也使教师及时发现自己在制作物理模型中的不足之处和改进方向,这对于教师自身教学素质的提高无疑是非常有好处的.师生共同进步,这正是评价的真正目的,也是高中新课改所倡导的.

将物理模型建构运用到高中生物教学中是一种崭新的教学尝试.它最大的优势就是能将生物学中抽象难懂的知识变得形象具体,激发了学习兴趣,降低了学习难度,同时也提高了学生在教学中的参与度,让学生置身于探索科学现象、发现科学规律的活动中,在合作交流评价中学习,充分发挥了学生的主观能动性,培养了科学探究能力,增强了合作意识等.教师也在这个过程中提高了自身教学素养.因此,在高中生物教学中,要充分发挥物理模型建构的优势,善用物理模型建构的教学模式,以达到满意的教学效果.