物理模型促进高中生物学概念建构的教学策略

潘明凤

在众多的生物学教学方法中，模型教学是培养学生思维能力的重要途径和手段，对学生生物学学科核心素养的形成具有重要作用。众所周知，生物学科的一大特点就是知识多而杂，专业术语、概念比较抽象，单独理解起来比较费力。而生物学概念在学生形成科学完整的知识框架中起到至关重要的作用，是构成生物学知识网络的重要节点。生物学概念的掌握尤其是核心概念的掌握是理解生物学知识的基础，是学习生物学新知识的奠基石。近年来，虽然生物学概念教学的重要性受到越来越多人的关注，但是大多数研究报道主要集中于以下方面：前概念对形成科学概念的影响、生物学概念教学的方法、运用概念图策略促进概念教学的研究等。

物理模型是生物模型中非常重要的形式之一。目前，将物理模型教学与概念建构教学联系起来的研究甚少。基于此，下面就对如何利用物理模型来促进高中生物学概念的学习提供一些建议，以期对生物学核心素养的落实起到一定的推动作用。

1模型教学与物理模型建构教学

人教版高中生物教材中将模型形式主要分为物理模型、数学模型和概念模型三类。

模型教学大致分两类：①利用已有的模型进行教学；②建构模型的教学，是过程式教学，更是一种科学探究的过程。物理模型建构是一种创造性活动，学生要经过不断地分析、修正才能成功制作模型，符合学生认知规律。通过物理模型的制作，能使生物学知识更加直观化和条理化。学生亲手制作物理模型，不仅可以加深学生对概念知识的理解，更有助于体验概念的形成和规律的探究，培养分析和解决问题的能力，激发创新思维。物理模型建构的主要步骤包括了解建构模型的基本构造；根据其特征形成初步设计方案；根据模型的特征细化方案各步骤；制作各原件，并将各原件进行组装；检验和修补，做出合理评价。

2物理模型与概念教学之间的关系

生物学由于有很多需要理解、记忆的知识，被学生认为是一种半文半理的学科。造成这一现象的根本原因是学生对概念的内涵、外延以及各概念之间的关联没有搞清楚。物理模型中的概念关系和层级关系可直观简洁地呈现所学内容，进一步加深学生对新知识的理解和记忆，利于学生找到适合自己的理解概念的方法，有助于学生构建知识网络，从整体层面来深入理解所学知识。

学生在制作模型的过程中不可能一蹴而就，总会遇到很多问题。通过制作物理模型可以帮助教师清楚地了解学生知识的盲点在哪里，及时发现并纠正概念之间错误的联结。此时，通过教师的指导和学生自己的思考，可以让处于知识大爆炸时代的学生在浩瀚如海的信息资源中搞清楚知识之间的关系，有助于培养学生分析和解决实际问题的能力，更有助于不同层次学生潜能的开发。通过制作物理模型，可将不同概念直观剖析给学生，通过模型来体现原型的特点和属性，使学生的错误概念得以纠正，使更多的新知识被纳入到不断完善的框架中，加强各核心概念之间的联系，从而促进学生全面系统地掌握生物学知识。因此，在高中生物新課程教学中，通过对物理模型的构建让学生形成分析、判断、推理的能力，促进学生对概念的理解和掌握是可行的教学策略。

3物理教学促进不同水平的生物学概念的教学策略

3.1物理模型促进了解水平的生物学概念学习

生物学概念教学的初级目标是能识别和描述对象的基本特征，辨认生物事实和基本原理。在这个水平，教师应重视培养学生对生物概念的感性认识，帮助学生分析生物概念的类别和特点，加强学生对概念的认知过程。因此，教师可采用已有的物理模型进行教学，具体策略如下。

①直观展示模型。这一阶段注重于培养学生的观察能力，因此选取一些已有物理模型进行直观展示即可。选取的物理模型要能突出生物学现象的主要特征。

②表达知觉形象。在对已有模型观察的基础上，要求学生尝试用自己的语言、符号或者图形表示相关生物学现象的主要特征。围绕图片，教师组织学生谈谈对生物学现象的认识，此时是学生对生物表象感性认识的阶段，引导学生思考知觉形象所包含的各种主次关系，注重培养学生的语言表达能力。

③推断生物表象。教师可设计让学生推断的相关实例，课堂活动中指导学生分析实例是否属于该生物表象。这就要求设计的实例包含生物学概念内涵、外延以及概括概念本质特征的一些信息。教师同时可以设计一些有利于辨别概念信息的反例，帮助学生确定知觉形象所包含的主次关系，清晰生物学概念的最大范围。

④形成生物学概念。此阶段是对生物表象理性认识的阶段，教师要指导学生概括可以表示生物表象本质特征的若干关键词，然后用生物术语将这些关键词连接成完整的句子，最终形成生物学概念。此过程对学生的抽象概括和语言表达能力的要求也比较高。

3.2物理模型促进理解水平的生物学概念学习

生物学概念的理解水平要求学生能弄清楚概念各个部分的关系，把握内在逻辑联系。在这个阶段教师要通过适当的教学程序，引导学生分析旧知识结构，使新知识纳入到旧知识结构中，形成一定的知识框架。这个阶段的主要目的是提高学生理解、分析生物学概念的能力。相应教学策略如下。

①分解生物学概念。教师通过提问的方式发散学生思维，根据学生的认知水平，指导学生找出属于该生物学概念的各要素，对其进行归类、分析，发现其本质特征，建立对生物学概念各方面的认识。

②分析要素关系。生物学概念是由要素之间的相互关系组织而成。因此，教师在教学中，不仅要指导学生分析各概念要素之间的关系，还要引导分析各概念要素与其他生物学概念之间的联系。对于高中生来说，对抽象概念的理解确实不是易事。例如，DNA的双螺旋结构。教师可以让学生通过位置调换物理模型中的碱基位置或改变碱基的数目来体会碱基排列顺序的千变万化，进而让学生理解DNA结构的多样性即碱基的数目和排列顺序的多样性，最终帮助学生理解DNA的双螺旋结构与遗传的关系。因此，物理模型的制作可以加深学生对生物学概念的理解程度，帮助学生进一步系统化、层次化生物知识结构。

③综合组织要素。在这个阶段中，教师应通过具体的问题情境，结合实例，在指导学生分析概念各要素的基础上，综合组织各要素，进一步形成生物概念，加强对生物学概念的理解。其中，各概念要素的综合组织对学生来说有一定难度，这就要求教师在实际课堂教学过程中能建构有利于学生解决问题的教学策略。学生通過自制物理模型，能帮助自己分清各概念要素之间的从属关系，甚至达到更深层次的认识。例如，“核酸”这一核心概念中，核酸包括DNA和RNA两种，基本单位是核苷酸，而核苷酸又是由五碳糖、磷酸、含氮碱基三种化学基团组成，以上均属于从属概念。学生通过自制物理模型，可领悟各从属概念的含义，理清之间的微妙关系，促进知识结构的进一步系统化。

这种探究式模型制作过程可使学生能直观地感受各概念要素（即模型元件）组织成物理模型应遵循的原则。物理模型制作后，为使学生能在新的情境中使用、总结抽象的概念，教师可引导学生绘制联系新旧生物知识的概念图，建立不同情境下生物知识的合理联系，促进学生构建更为系统化的知识结构。

4小结

在高中生物学教学中，建构物理模型可以使学生对生物学概念有一个更深刻全面的理解，能使学生变被动学习为主动探究，引发和保持学生的学习兴趣，有利于学生生物学学科核心素养的提高，同时还可提高教师的综合素质，具有重要的价值和意义。

高中生物学教材中早就编排了相关的模型构建活动，但在实际课堂教学中并没有引起足够的重视。根据实际课堂教学过程中存在一些问题，笔者认为：

①教师一方面认识不到模型建构活动的重要性，没有运用这一教学方法的热情；另一方面也缺乏相应指导模型建构的知识和能力；加之各学校生物课时安排较少，模型建构活动开展的时间不足。这就要求生物教师进一步提高自身业务水平，加强研究，在实际课堂教学中能充分利用各模型资源，以达到更好的教学效果。

②课堂上很多生物教师在进行模型教学时大部分精力都放在模型构建的操作上，而忽略模型设计的重要性，因此不能很好地区分模型和原型的关系，使学生达到对核心概念的真正理解。物理模型的建构首先要了解模型对象的特征，再确定模型类型，然后根据其特征和建构目标，最后选择恰当的建构材料来建模。

③在模型建构教学中，教师应给学生提供充满探索与交流的活动平台，通过学生活动来突出模型教学，促进学生学习方式的转变，培养学生创新思想和建模的能力，帮助学生建立良好的知识结构体系。

④教师应设计科学合理的评价体系以确保模型教学活动顺利开展。模型构建完成后教师要及时给予评价，提高学生学习积极性。