物理模型的建构在初中生物教学中的应用

吕国庆

（江苏省常州市新北区实验中学）

人们认识客观世界的时候，直观化、形象化，更便于人们探索科学世界的客观规律。物理模型建构的研究旨在教学活动中建构学生的建模意识，物理模型建构的创新研究实质上是培养学生的创造性思维能力，因为建模活动本身就是一项创造性思维活动。能够培养学生的想象力，思维能力，假想、变换、构造等能力，这些能力正是创造性思维所具有的最基本的特征。“ 创新是一个民族的灵魂，是一个国家兴旺发达的不竭动力，创新的关键是人才，人才的成长靠教育。”要真正培养学生的创新能力，自觉地在学习过程中构建物理模型，只有这样，才能使学生分析和解决问题的能力得到有效提高，也只有这样才能真正提高学生的创新能力。

那什么是物理模型呢？ 物理模型就是以实物或图画形式直接表达认识事物的特征。根据相似原理，把真实事物制成相关模型，其状态变量和原事物基本相同，可以模拟客观事物的某些功能和性质。物理模型包括：实物模型、模拟模型、图画。通过下面以三个具体实例来阐述本人对物理模型的理解与探索。

一、模拟模型建构能将抽象化的知识活化为具体直观

主题举例：植物细胞的模型模拟建构。

材料的选择：一次性方型塑料盒，透明塑料袋，带壳核桃或熟鸡蛋，清水和有颜色的水，气球，不能水溶的绿色胶囊若干，长粒香大米若干粒。

设计方案：学生根据自己对植物细胞的结构和功能的理解，小组成员利用教师所提供的材料制作模型，小组成员展示模型并介绍，同时接受其他小组成员点评，并答疑。

具体实施过程：一次性塑料盒充当细胞壁，透明塑料袋可充当细胞膜，带壳核桃或熟鸡蛋可充当细胞核，清水可充当细胞质，气球可充当液泡，有颜色的水可充当细胞液。

评价：在班级内部交流小组制作模型，从科学性、技术性、正确性等方面进行评价。小组成员根据班内成员的评价完善自己的设计。

解释：模拟模型,就是根据系统或过程的特性，按一定规律，用实物材料模拟系统原型的方法。形象大于思维，七年级学生对细胞的认识较浅显，由于细胞很小，他们通过显微镜的观察认识细胞的形态以后，再通过自己制作植物细胞模型建构，如，液泡的形态、位置应该是什么样的，大小如何，叶绿体用什么来制作，线粒体又是怎样的，这样将抽象的知识形象化，让学生动手操作，感悟、体验、理解生物结构和生命形状。在初中生物的课程安排中有很多可以进行模拟模型的制作活动，如，动物细胞的建构、呼吸过程、肾单位示意图等。通过模拟模型的创建，学生可以更容易地认识、了解、理解事物原貌，为突破教学难点找到了支点。

二、实物模型的建构利于科学探究的有效开展

主题举例：“ 光能否影响鼠妇分布”实验装置创新实物模型建构。

材料的选择：糖果盒子、鞋盒或其他纸质盒子、胶带、线。

设计方案：将糖果盒子、鞋盒或其他纸质盒子，做成明亮和阴暗两种环境的实验装置，然后放若干只鼠妇，静置一段时间后观察记录鼠妇的分布情况。

具体实施过程：以一款糖果盒子为例，将装糖果内盒最里边的一块硬纸板拆掉，将内盒拉出直至靠近外盒的边缘，将拆掉的硬纸板竖直插在靠近外盒与内核的交界处，在盒底留有一定的空隙，然后用线固定好，这样，就形成了明亮和阴暗的两种环境。接下来就可以探究“ 鼠妇喜欢明亮还是阴暗的环境”的研究了。不用的时候把内盒推进去，体积立即变小了，携带很方便。学生的实验设计堪称一绝，整个装置小巧玲珑，实用性强，又不失美观。鞋盒或其他纸质盒子也可以进行类似的模拟制作，效果很好。

评价：在班级内部交流，每个小组选出代表来描述自己设计的实验装置的科学性、合理性，其他小组代表负责点评、纠错，这个小组根据班级内的学生的建议，进一步完善自己的实验装置。

解释：某些实验探究，必须设计合理的实验装置，实验才能取得较理想的实验效果；否则，就容易因某些实验装置的设置不合理，导致实验结果出现较大误差。因此，制作科学、合理的实验装置是保证科学探究活动能有效开展的重要保证。

生物学教学实践证明，构建生物学物理模型有助于学生系统地学习和理解新知识，减少无效、低效活动，有助于提高课堂教学的质量和效率，引发学生课堂学习的原动力，有助于提高学生的生物科学素养。教师在教学过程中应该注重模型方法的引导与运用，也应注重物理建模的过程性评价与终结性评价。在生物课堂中教师更应坚持让学生自己唱主角，引导学生提出问题、分析问题，通过各种途径寻求答案，在解决建模问题的思路和科学方法上加强点拨和引导；学生能够主动地去思考探索，顺着科学的思路和方法去感知体验、思索、提升，从而形成建构模型方法的能力，在潜移默化中领悟生物科学的真谛。