例谈高中生物教学中物理模型的应用策略与效果

吕翠香

摘要 通过教学实例，从模拟生理难点、巧设问题梯度、精选建模形式、制作简易模型、合理筛选内容五方面介绍物理模型在高中生物教学中的应用策略与效果。

关键词 生物学教学 物理模型

中图分类号 G633.91 文献标志码 B

“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概括性的描述，而“物理模型”则是通过实物或图画形式直观、形象地表达认识对象的特征。物理模型有助于教师充分挖掘和利用教材，突破教学重难点，提高课堂教学的效率。物理模型的构建过程可以引导学生模拟科学家的思维，让学生在动手操作过程中理解和完善物理模型，从而更深入地理解知识。

1模拟生理难点，知识形象化

生物中很多生理现象都是微观、抽象的，如细胞分裂、DNA复制等过程，教师通过图片、动画等形式能促进学生进行直观了解。然而，不少学生对生理过程的很多细节并不能真正领悟。例如，在遗传信息的翻译过程中，如何判断起始密码子，如何确定tRNA上携带的氨基酸种类，核糖体如何移动，学生并不能做出准确的解释。教师借助物理模型，引导学生模拟相关的生理过程，能让学生在合作中更好地理解教学难点。

教师课前准备模型材料：mRNA片段、多种tRNA、多种氨基酸、核糖体。为了更好解决教学难点，教师应给予指导，例如规定mRNA的碱基序列（使前三个碱基不构成起始密码子，最后三个碱基不构成终止密码子）、tRNA和氨基酸的种类和数量、核糖体内部碱基数量（六个）等细节。

模拟“翻译”等生理难点是在学习相关知识点后的体验过程。当学生遇到构建困难时，往往通过小组讨论、教师及时指导就能得到很好的解决（图1）。这种模型的构建活动属于最简单的模拟训练，学生通过动手合作，能将抽象知识形象化、微观现象可视化，有助于他们及时内化知识，梳理学习盲点。

2巧设问题梯度，方向明确化

学生学会构建物理模型，深入理解教学重难点，这仅仅是教学目标的基本要求。教师在教学过程中要营造一个自由开放的互动平台，创设教学情境，激发学生的学习积极性，引导学生积极参与合作学习，进一步促进新知识的生成。例如，在学习“基因工程”时，通过物理模型的构建活动，有利于学生自主发现并深入理解DNA连接酶的作用。

教师参考选修3教材第6页模拟制作，课前准备蓝色和红色两种等宽硬纸板，并按教材要求在两种纸板上依次等距离写上相应字母。

在初步了解限制酶和DNA连接酶的作用后，学生开始模拟重组DNA分子的形成过程（图2）。

在模型活动之前，不少学生误以为DNA连接酶只能把两种来源不同DNA的相同黏性末端连接起来。针对学生的认识误区，教师可设计问题：怎样的DNA片段才能连接起来？目的基因只能与载体重组吗？经限制酶切割后，DNA连接酶形成的环状情况有哪些？哪种是我们想要的？如何更有效得到我们想要的那种？

在这种建模活动中，学生的发展空间很大，也容易出现模型构建的随机性和盲目性。所以，教师的导向作用非常重要，通过问题的指引有助于学生在积极讨论中发现问题并解决问题。此外，教师还要恰当把握小组探究活动的进程，在关键时刻进行点评和总结，让学生及时把握学习的方向，深入理解知识要点。

3精选建模形式，学习主动化

物理模型的形式主要是实物和图画，前者常包括纸板、白板贴和吸铁石等。教师应根据实际教学的需要，选择不同形式的物理模型开展教学，充分调动学生参与活动的主动性和积极性。例如“生物膜的流动镶嵌模型”一节，学案教学和白板贴的教学效果各有千秋。

教师课前准备模型材料：学案（里面多处设计学生画图）；（白板贴）磷脂分子若干个、蛋白质分子若干个。

①学案教学（图3）：教师引导学生分析并同步画出磷脂分子在“空气—水”交界面的排布方式；推测细胞膜上的磷脂分子排布情况；根据罗伯特森的推测，画出蛋白质的分布情况（“三明治”模型）；根据科学家的实验结果，纠正并完善蛋白质的分布情况；最后，学生在学案上和黑板上留下连续的模型构建过程。

②白板贴教学：教师也是按上述顺序引导学生分析并得出流动镶嵌模型的发展历程。由于每小组只有一套模型材料，所以学生每次都必须把之前构建的模型拆掉，然后再构建新模型，最后只有图4保留下来。

畫图和白板贴都能充分调动学生参与探究历程并自主完成模型构建。其中白板贴操作方便，模型美观；而画图则有利于学生从整体上了解磷脂分子和蛋白质分子排列的发展历程。不同形式的模型构建各有利弊，教师应根据实际需要，选择不同的模型形式，达到最佳的课堂教学效果。

4制作简易模型，深入浅出化

由于生物学知识的特殊性，教材中经常配备相关图片辅助教学，教师也经常下载视频等资源帮助学生理解知识点。但教材中某些内容的表述很抽象，而且也不容易下载到相关资源。例如，选修3中“DNA分子杂交”，学生在自主阅读相关文字后，基本上都处于懵的状态。如果教师仅通过文字进行解释，不少学生仍处于一知半解的状态。此时，教师制作简易的物理模型，就能轻易地突破教学难点。

教师课前准备模型材料：不含目的基因的DNA片段、含目的基因的DNA片段（用鲜艳的颜色把目的基因部分进行标注）、基因探针（用不同颜色的材料表示）。

教师借助物理模型，把DNA分子杂交过程逐步演示（图5）：了解“不含目的基因的DNA片段”、“含目的基因的DNA片段”和“基因探针”的含义；DNA片段在一定条件下解链；基因探针与含目的基因的DNA链结合；通过一定技术显示杂交带。

通过简易物理模型的演示过程，学生就能直观地理解知识难点。类似例子在生物教学中层出不穷，这就需要教师用心收集或制作教学素材，做好学生学习的引路人，用最少的语言帮助学生达到最好的学习效果。

5合理筛选内容，建模有效化。

物理模型在高中生物教学中的应用效果是显而易见的，但是很多教师为了节省教学时间，忽视知识的生成过程，使学生失去尝试建模的机会。事实上，模型构建占用课堂时间并不多，其效果却不容忽视。例如必修1讲到染色质和染色体是同一种物质在细胞不同时期的两种存在状态时，教师只需要用缩短的电话线类比于染色体、用拉长的电话线类比于染色质，学生就会恍然大悟。

当然，并不是所有内容都适合应用物理模型辅助教学，对于可用可不用物理模型的内容，教师可以寻求更好的途径加以代替。例如必修1讲到氨基酸数、肽链数和肽键数的关系时，笔者曾制作氨基酸模型（图6），乒乓球代表中心碳原子，梯形代表羧基（红色），长方形代表氨基（绿色），上下两个结构分别代表氢和R基。然后让学生演示四肽的形成过程，并数出肽键的数目。由于该模型繁琐，学生不容易找出三者的数量关系。笔者重新设计新的表格（表1），引导学生对表格中数据进行分析，自主归纳规律，反而取得了很好的效果。

由此可见，教师只有充分钻研教材，合理确定建模内容，选择合适的建模形式，通过有效的物理模型构建，充分调动学生参与课堂的积极性，促进学生的自主学习和思维的可持续发展，才能实现构建高效课堂。