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1、在高中生物实验教学中渗透物理模型钟彩芬摘要：物理模型构建是高中教材实验中一种重要的学习方法，教师和学生要提高思想认识，注重物理模型构建，同时促进学生逻辑思维的发展，培养学生的创新精神和实践动手能力，使物理模型构建在高中生物实验教学中发挥真正的作用。关键词：生物实验 物理模型 渗透物理模型构建是一种重要的科学方法，也是新课程标准中首次提出要求重视的一种能力。必修教材实验选择的内容充分体现了这种要求，其中含有丰富的物理模型构建的素材。用好这些素材，充分发挥物理模型的作用，在生物实验教学中渗透物理模型的构建方法显得尤为重要。一、 物理模型的概念及作用必修1教材对模型的定义是：模型是人们为了某种特定目
2、的而对认识对象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述。模型的形式很多，其中以实物或图画形式直观地表达认识对象的特征，这种模型就是物理模型。沃森和克里克制作的著名的DNA双螺旋结构模型，就是物理模型，它形象而概况地反映了所有DNA分子结构的共同特征，除此之外，必修教材中还有四个构建物理模型的实验：尝试制作真核细胞的三维结构模型，利用废旧物品制作生物膜模型，建立减数分裂中染色体变化的模型，建立血糖调节的模型。物理模型在生物实验中的作用可以归纳两方面：1、实物物理模型激发学生的学习兴趣，活化抽象知识爱因斯
3、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。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。所以我做了相应的改进，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，发现学生表现出了极大的热情。他们自行分组
4、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、画图物理模型的构建提高了识图能力 实物物理模型在大小、色彩、视觉等方面有着一定的局限性
5、，但是以画图形式构建物理模型则相当普遍，如各种细胞器结构的静态模型，噬菌体侵染细菌过程模型、人体细胞与外界环境的物质交换模型等。通过多次这样的物理模型的构建，学生养成了一种思维习惯，凡遇到抽象的结构或过程，都会尝试用简易的图画帮助理解、思考。而且生物高考中注重考查学生读图、识图、析图和绘图的能力。平时的学习中养成了构建图形的良好习惯，考试中对图形题也就迎刃而解了。二、回归教材，重现经典构建物理模型的实验实例分析：制作DNA双螺旋结构模型1实验原理（设计目的：让学生自学，创造自主性学习的机会）依据沃森和克里克提出的DNA分子双螺旋结构。其主要特点如下：（1）每个DNA分子是由两条反向平行的脱氧核
6、苷酸长链盘旋而成的规则的双螺旋结构。(2)DNA分子的外侧是脱氧核糖和磷酸交替连结构成的基本骨架，内侧是碱基对。(3)DNA分子两条链上的内侧碱基按照碱基互补配对原则(A配T，G配C)两两配对，通过氢键互相连结。2实验材料（设计目的：请学生分析这些材料的用途及组装的方法，提高语言表述的能力）硬塑方框2个(长约10 cm或视两个通过氢键连接的脱氧核苷酸模型宽度而定，方框也可用其他硬质材料代替)，细铁丝两根(长约0.5 m或视制作的长链长度而定)，圆形塑料片(代表磷酸)若干、双层五边形塑料片(代表脱氧核糖)若干、4种不同颜色的长方形塑料片(代表四种不同碱基)若干，这些塑料材料也可用其他材料如硬纸板
7、、泡沫板、卡纸等代替。粗铁丝两根（长约10 cm或视两个通过氢键连接的脱氧核苷酸模型宽度而定）、订书器、订书钉。3实验方法与步骤（设计目的：培养学生动手操作能力）（1）先做支架取一个硬塑方框，在硬塑方框一侧的两端各拴上一条长约0.5 m或视制作的长链长度而定的细铁丝。（2）制作脱氧核苷酸模型将一个圆形塑料片(代表磷酸)和一个长方形塑料片(4种不同颜色的长方形塑料片分别代表4种不同的碱基)，分别用钉书钉连接在一个剪好的五边形塑料片上(代表脱氧核糖)。（3）制作多核苷酸长链模型将若干个制成的脱氧核苷酸模型，按照一定的碱基顺序(可自行设定)依次穿在长细铁丝上。（不同小组要求组装出不同的碱基序列，可以
8、由教师给出，也可以由学生自己选择。目的是：最后通过不同小组之间的比较，让学生理解DNA的多样性和特异性）（4）制作DNA平面结构模型。按同样方法制作好DNA的另一条脱氧核苷酸链(注意碱基的顺序与第一条链上碱基顺序互补配对，但方向相反)。用钉书针将两条链之间的互补碱基连接好。（5）制作DNA的空间结构模型。将穿好脱氧核苷酸长链的两条细铁丝的末端分别拴到另一个硬塑方框一侧的两端，并在所制模型的背侧用两根较粗的铁丝加固。双手分别提起硬塑方框，拉直双链，向右旋转一下，即可得到一个DNA分子的双螺旋空间结构模型。师生共同对学生的模型进行修改、分析和评价，师生逐步归纳出规范的物理模型，把学生制作的模型展示
9、在班级中，请同学比较分析图解，找出碱基之间的数量关系。三、构建物理模型在生物实验教学中的体会1、教师和学生的思想认识有待提高。当遇到教材中构建物理模型实验时，自己对教学动机也不太理解，觉得课后学生自己有兴趣可以去尝试，便没有要求学生积极参与。我也是在尝试了DNA分子模型构建、染色体变化模型之后，才感到教师课堂教学思路需要更新，学生的认知过程需要改变。经过长时间的摸索，我感到物理模型构建在让学生动手的同时，可以成为学生和教师解决问题的教具，也成为学生思维发展的一种助推力。2、重点培养学生的创新精神和实践能力，也做到落实解决高中生物探究性实验，使物理模型在高中生物课堂中真正服务于教学。模型可使研究
10、对象直观化、简约化，使之便于研究；又可以简略地描述研究成果，使之便于理解和传播；还可以用于计算、推导，延伸观察和实验结论等。无论是构建何种模型，都离不开慎密的思维和科学探究精神。现在有一种新的说法，“给学生于渔，不如给学生以渔场”。促进学生的个性发展，给学生更广阔的发展空间。每个人都有创新精神，激发是需要技巧的，这需要老师的鼓励与引导，需要遵循学生的认知规律，由简及繁，由易及难，只要学生动手实践，应予以肯定及鼓励，想方设法给以帮助，要做到真真正正的为课堂教学服务，为学生的长足发展服务，落实新课改的教学理念。通过模型教学来提高学生的认知能力、分析与解决生物问题的创新能力，改变了传统课堂教学方式，
11、重视学生的知识建构过程，及新知识的生成过程。使学生认识到模型是一个开放的动态体系。作为教师，在教学过程中，我希望从模型的构建、发展与完善方面来构建课堂教学，从多角度、多层次地促进学生认知能力的发展，也能在摸索的过程中不断更新自己的教学理念，提升课堂的教学效率。由于构建模型是新课程中新提出的概念，学生对构建模型原理的理解、具体操作过程感到陌生，需要教师在授课过程中善于引导，在使用时应向学生不断灌输建模思想，逐步培养学生建模的思想和方法。参考文献：1、全日制普通高中生物新课程标准2、普通高中新课程标准实验教科书（必修1，2，3），人民教育出版社3、杨学哲 新课程背景下学生建模能力的培养J，中学生物学，2007.5.4、施问华 生物模型的分类特点及构建方法 中学生物学2007年第7期5、尹静 高中生物模型教学的现状调查与行动研究 华东师范大学硕士研究生论文，2010，4
