浅析模型方法在教学中的运用——以“光合作用的原理与应用”为例

谢 标

(江苏省宜兴市丁蜀高级中学 江苏无锡 214200)

运用模型构建展示事物的原型、特征和本质，是人们认识自然界的一种重要的方式，也是人类科学思维能力发展的重要方式，模型构建在人们理解自然界事物的本质、探索自然界未知规律的过程中，起着重要的作用。为了适应未来社会发展的需要，培养更多合格祖国发展的建设者，高中生物新的《课程标准》规定，模型与模型构建是培养学生核心素养的重要内容之一。《标准》明确提出，让学生获得生物学基本事实、概念、原理、规律和模型等方面的基础知识，领悟假说——演绎法、建立模型等科学思维方法及其在科学研究中的应用。新课标对高中生物的每个模块的模型与模型构建提出了不同的要求。本人就“光合作用的原理与应用”这节内容，阐述物理模型与建模在教学中的运用。

光合作用的原理与应用是高中生物教学中的重点，也是难点，包括光合作用的概念、光合作用的原理、光合作用的原理的应用，都比较抽象，如果能结合物理模型的方法进行教学，就能够很直观地将光合作用的相关内容展示在学生眼前。

一、叶绿体物理模型的建构

物理模型以实物或画图形式直观表达认识对象的特征。一般普通高中因条件限制，不可能通过电子显微镜的方法观察叶绿体的微观结构，为了使学生能直观地看到叶绿体的微观结构，加深学生的表象，构建叶绿体和光合作用原理的物理模型，是最有效的教学方式。这样做不仅能培养学生的识记水平，还能够培养学生的动手制作能力、合作探究能力，进而达到培养学生科学思维能力的目的。

笔者在教学中首先向学生展示叶绿体的物理模型，引导学生阅读教材识记叶绿体各部分结构的名称，并能说出实物模型的各总分结构和名称，然后指导学生用超轻黏土动手做叶绿体的物理模型。学生两人一小组共同合作动手制作叶绿体的物理模型，整个过程中，同学之间相互分工，有争执、有赞同，同学们的积极性很高，合作得很愉快。十分钟后，有较多同学完成，而且几个小组做的模型甚至与展示的实物模型极为相近，效果很好。

这种教学方法打破以往的教学常规，只是让学生识记叶绿体的结构的浅层次的学习，是机械学习，是无意义的学习。让学生在活动中获知识，获得的知识是通过学生亲身体验得来的知识，记忆是永久的，体验是深刻的。本人认为这种组织学生在活动中学习的教学方法，能够激发学生学习兴趣，促进学生深度学习，适应学生的身心发展规律，不仅能使学生获得知识，还能培养能力，能较好地培养学生科学思维，体现生物学科核心素养的养成。

二、光合作用原理物理模型构建

光合作用的原理是一个比较抽象的过程，是高考考查的重点，也是学生学习的难点。为了达到较好的教学效果，大多数教师是采用引导学生画光合作用原理的过程图解或者是直接呈现光合作用原理的图解的方法展开教学。为了取得更好的效果，在这部分内容的教学时，我让学生动手做光合作用原理的物理模型。

首先，提出几个问题，如，光合作用的原理分哪几个阶段？进行的场所是什么？每个阶段的反应物是什么？每个阶段的产物是什么？等，请同学们结合自己制作的叶绿体模型逐一讨论。为了正确引导学生学习，纠正学生的错误，培养学生评价与自我评价的能力，要求小组代表交流小组内讨论的结果，达到使学生正确识记教材内容的目的。其次，组织学生进行光合作用原理的物理模型的制作。仍然是两人一小组，用超轻黏土做出光合作用过程中用到的所有物质，并逐一黏在自制的叶绿体模型的相应位置，位置代表发生的场所，有的同学甚至把与光合作用有关的色素都做了出来。整个制作过程同学们很投入，每个小组活动都在有条不紊地开展着，同学们很专心、积极性很高。

几分钟后模型做好了，紧接着由小组代表展示模型，并结合模型进行解说，讲解的同学讲得清晰，听的学生听得认真。这样的学习是学生主动的获取知识的过程，很好地加深了学习的深度，激发了学生的兴趣，培养了学生的能力。这种教学方法，使每一位同学都参与到学习过程中，充分体现了教学要面向全体学生原则。

三、光合作用原理物理模型的应用

组织学生进行物理模型的建构，帮助学生有效识记、理解书本知识，更好地培养学生的科学思维能力。如何运用模型解决问题呢？如何把模型运用到具体情境中去呢？

（一）帮助学生理解光合作用的概念

光合作用的概念是指“绿色植物通过叶绿体，利用光能，将二氧化碳和水转化成储存能量的有机物，并释放氧气的过程”，在模型面前，概念中的每个要点都能在模型中找到，也会发现光合作用的概念概括得如此之准确，一个字都不多余，一个字都不浪费。这种教学方法，学生获得的概念是亲身体验得来的，是在理解的基础上获得的，记得更久、用得更活。

（二）帮助学生理解光合作用的化学反应式

对光合作用的化学反应式，部分学生总是死记硬背，不去理解性的记忆，所以经常出错。如何才能理解性地记住光合作用的反应式呢？

可以根据光合作用的概念记，从概念中可以看出光合作用的反应物是二氧化碳和水，产物是有机物和氧气，条件是光和叶绿体，但是比较抽象。

教学过程中为了达到使学生对光合作用反应式理解的目的，我结合光合作用原理的物理模型展开这部分内容的教学，首先让学生对照光合作用原理的模型，找出光合作用过程中所有的反应物、中间产物、最终产物。很显然，从模型中可以清晰看出，从环境中进入叶绿体的物质就是原料，最终从叶绿体中出来的新物质就是最终产物。根据化学反应式的书写方法，反应物写在箭头前，终产物写在箭头后，中间用箭头连接。紧接着提问学生，光合作用正常进行还需要什么条件呢？从模型中可以看出光合作用的进行是在叶绿体中进行的，要有光，这样就自然而然地正确、完整地写出了光合作用的化学反应式。这样写出的化学反应式是在理解的基础上写出来的，在学生的头脑中有直观表象，记忆是长久的，学习是有意义的。

（三）帮助学生理解光合作用的影响因素

影响光合作用的因素有环境因素和内部因素，比如环境因素发生改变，光合作用过程中产生的氧气的量如何变化，叶绿体基质内的三碳化合物和五碳化合物的量如何变化等。如果能够结合光合作用原理的模型来分析就比较清晰。

在教学的过程中，为了使学生理解环境因素对光合作用的影响，学生先将自制的光合作用的原理的模型展示在面前，然后教师提出问题：如果空气中的二氧化碳的含量突然变少，请问，短时间内叶绿体中三碳化合物如何变化？五碳化合物的含量如何变化？光合作用产生氧气的速度如何变化？接着以小组为单位展开讨论，学生结合模型积极主动地展开讨论，并利用模型进行演示变化的过程，一目了然。为了进一步熟练运用模型，再提出一个问题，发果突然停止光照，短时间内叶绿体中三碳化合物如何变化？五碳化合物的含量如何变化？光合作用产生氧气的速度如何变化？可以当堂训练，也可留作课后思考。

以上就是本人就模型与模型构建的一点尝试，通过运用模型的方法进行“光合作用原理与应用”的教学，体验到了模型方法教学的优势，亲身体会到了模型方法的精髓，体会了在探索和发现中学习的真谛。我也深刻认识到，学生只有在做的过程中才能真正领会、内化知识，才是真正意义上的深度学习，是有意义的学习，是面向全体学生的教学，是“死记硬背”无法达到的学习效果。因此，在具体教学中必须引导学生切实地在做中学，让学生中探索科学的过程中发现科学规律，领悟模型与建模的方法，感悟模型与建模的魅力，培养学生的科学思维能力，使教学真的在为学生的发展服务，真正落实新课标提出的核心素养的养成米目标。