高中生物教学中物理模型建构的策略及案例分析

摘要：高中生物教学中增强学生物理模型建构思维和方法的训练，对于培养学生的创新精神、提高学生物理模型建构的能力、解决教学难点是非常必要的。在物理模型建构过程中，合理地运用教学策略，可以獲得良好的教学效果。

关键词：物理模型建构;教学策略;案例分析

随着教学改革的不断推进，对学生核心素养的培养已经成为新一轮课程改革的新指向、新动力。高中生物《分子与细胞》模块内容较抽象，而高一学生的抽象思维还有待进一步的发展，要想掌握这些必备知识，用传统的讲述式教学模式来完成势必有很大难度。笔者认为，通过物理模型建构的科学思维方式来探讨细胞水平上的生命规律是一个解决以上问题的好办法。在有关物理模型建构的教学过程中，教师所运用的恰当的教学策略就会在培养学生的建模思维，增强学生的模型建构等关键能力方面发挥重要作用。

一、 角色扮演教学策略及案例分析

（一）策略

与初中学生相比，高中学生更加敢于大胆地发表自己的见解，喜欢表现自己，愿意在活泼、宽松的氛围中和教师一起控课，得以彰显出他们的独立性、自主性。根据高中生以上特点，在解决某些教学难点时，可以在课堂教学过程中运用角色扮演教学策略，教师当“编导”和“导演”，学生扮演教师创设情境下的“演员”和“观众”，在教学相长中达成教学目标。在角色扮演过程中，学生的成就感自然而生，多方面的才能得以发展。

此教学策略含有三个基本要素，即角色、情境、目的。角色是角色扮演教学法的核心要素，在角色扮演中，学生就是要跳出自己的身份，以任务中特定的角色进行思考、说话和行动。

在运用角色扮演式教学策略时，首先要找到教学难点知识与学生之间的契合点，也就是要明确通过角色扮演要达到什么目的。如学生的两臂向身体两侧伸直且与身体躯干垂直，两腿紧并，建构了一个氨基酸分子结构的物理模型。左手扮演氨基，右手扮演羧基，头部扮演侧链基团，并紧的两腿扮演氢原子。扮演者和观众借用这个物理模型来学习氨基酸分子的结构就会变得很简单，而且印象非常深刻。除此之外，教师创设的情境应该能激发学生浓厚的兴趣，喜欢去做“演员”，能全身心地投入到表演的过程中。教师创设的情境应该能使充当“观众”的学生喜欢观看表演、敢于提出问题、交流自己的看法。万事开头难，这一环节将决定着角色扮演策略是否能顺利进行。学生表演结束后，教师要善于总结和拓展，将解决疑难问题的方法外化于行，内化于心，将学生学习的内驱力彻底地激发出来，帮助学生日后自己解决更多的问题做充分的准备。

（二）案例分析

脱水缩合是细胞中发生的一个非常重要的生理过程，其涉及一些有机化学的知识。但对高一的学生来说，他们还没有学到化学学科中的有机化学部分，有机分子中的化学基团的名称及结构一无所知。怎样解决这个棘手问题，确实是教学上的一个挑战。

笔者采用角色扮演的教学策略，对氨基酸分子结构特点、脱水缩合过程的原理等分子水平上的研究宏观化，即以角色扮演的手段引导学生建构了相关的实物物理模型，成功地突破了教学上的难点，突出了教学重点。笔者首先组织学生用他们自己的肢体扮演氨基酸分子。在理解了氨基酸分子结构特点之后，再组织若干名学生扮演多种氨基酸，通过一个学生的左手拉另一个学生的右手来演示一个氨基酸的氨基与另一个氨基酸的羧基形成肽键、脱去一分子水的过程。接下来，趁热打铁，开展了不同人数的拉手、改变顺序的拉手、与不同人的拉手等一系列的拓展活动，进而加深了对蛋白质结构具有多样性的理解。这一过程，在一定程度上增强了学生探究的主动性和创造性，让建构物理模型的本领应用在未来的学习中。教师在教学中的“主导作用”和学生在教学中的“主体作用”也充分地发挥出来了，创造出了求真务实的学习氛围。笔者认为，经过这节课，教师的主导作用得以真正地发挥，学生承担角色任务，增强了交际能力、沟通能力，提升了物理模型建构的思维，学会了较难理解的知识。

二、 问题情境教学策略案例分析

（一）策略

问题情境教学策略是指在教学过程中教师有目的地创设生动性、具体的教学情境，以问题的形式整合相关教学内容，呈现在学生的面前的一种教学策略。例如，在教学过程中，教师按照学生的认知规律，由简单到复杂，将一些问题形成有机整体贯穿于整个课堂，让学生在质疑中寻找答案来激发学生的学习兴趣。此教学策略的有效实施让学生在探索中能够体验到快乐，进而提高了学生的学科素养，增强了学生学习效率。

教师在实施问题情境教学策略过程中，要根据课标要求、教学内容、学情等去设置较为形象化的问题情景。否则，既突破不了教学的难点和重点，也不会引发学生对知识的渴求，更不会促进学生的有效思考、合作探究，最终导致教学目标的达成失败。

在运用此教学策略时，创设的问题情境既可以安排在教学的导入环节，还可以贯穿整个教学过程。教师要引导学生，将通过解决问题后所得的结论进行归纳，构建知识体系。将解决的问题整合到已有的知识结构中，这样，已有的知识体系得到了进一步发展并完善。切记只注意局部小问题，忘记了问题的整体意义，这样会造成学生的学习思维、建模能力等多种能力无法提高。切记只问不答，自问自答，这样会导致学生的学习方式无法改进，科学探究等生物科学素养的养成让人担忧。

（二）案例分析

《分子与细胞》模块中第4章《第2节生物膜的流动镶嵌模型》的教材内容，是一个非常适合提高学生物理模型建构思维和能力的教材内容。以科学家探索的历程为背景，如同学生亲身经历的一个个探究过程，笔者通过给学生提供事实资料，引导学生自己做出分析、推理、假设、判断，进行实物物理模型的建构，最终在获取知识的同时掌握了一项建构模型的技能。

在此次教学活动中，笔者按照科学家发现的过程，恰当地设置了教学情境，问题由浅入深地铺开，学生能够根据事实材料和自己的判断构建出了不同时期科学家认为的生物膜模型。学生在教师的组织、引导、辅助下，成功地构建出接近科学真实的物理模型，喜悦之情不能言表。学生积极参与此次物理建构活动，在建构模型的过程中，他们能够真正地理解物理模型建构的一般过程，懂得了改进物理模型的依据;真正地体会到了应用物理模型来解决实际问题所带来的益处。

三、 小组合作学习的教学策略案例分析

（一）策略

小组合作学习的教学策略遵循的教学理念主要是“教师为主导、学生为主体”，从教学组织的形式来看，主要是学生以小组的方式学习，通过师生、生生间相互交流，围绕同一活动主题进行模型建构，共同完成设定的任务，以小组整体成绩作为主要评价依据的教学策略。一般来说，合作学习包括五个必备特质：积极互赖、个人责任、面对面的积极相互作用、社交技能、小组加工。

笔者认为，小组合作学习的教学策略的一般步骤及注意事项如下：第一步骤是情境创设。教师根据学生已有的认知结构和能力，设置符合学情的教学情境，导入新课。教师创设的教学情境一要能激发学生的想象，唤起学生已有基础知识的回忆;二要有目标意识、学习目标明确的、积极的学习情境。第二步骤是教师的讲授与学生的自学。学生自己能学会的知识，采用学生自主学习的方式，学生难于理解的或不能理解的知识，由教师通过讲授相关难点知识，帮助学生解决。第三步骤是此教学策略实施的最核心的部分，关系到教学效果的好与坏。在合作学习活动之前，学生一定要明确组建学习小组的原因及相关规则。在合作学习活动中，教师要加强学生的合作意识，提高学生的合作技能水平，与学生共同完成活动内容，促进其有效的交流互动，指正偏离学习任务的苗头，对合作不顺利的小组提供情感、知识等方面的帮助。第四步骤是交流展示、评价总结。总结的形式可以是回答教师的提问，还可以是提交本组的研究方案、讨论结果，以及教师的检测结果等。此时，教师要记录好，客观评价。第五步骤是课堂反馈。以上步骤结束后，必须做一定量的练习题以巩固学习成果，也有利于评价各小组的学习效果。

（二）案例分析

真核生物体细胞增殖的组要方式之一——有丝分裂，是魏尔肖在修正的细胞学说中提到的“细胞只能由细胞分裂而来”的证据，还是必修2中“减数分裂”内容的重要基础。此外，植物组培、克隆等生物技术都与细胞的有絲分裂密切相关。由此可见，有丝分裂的知识内容起着承上启下的衔接作用。因此，在教学设计中把“有丝分裂的过程”定为了本章本节的教学重点和教学难点。

笔者采用了小组合作学习的教学策略开展本部分内容的教学活动，在教学过程中，教师不再是教学关系里绝对的掌控者，而是学生展示自我的协助者。在组织学生进行小组合作学习之前，笔者先将“染色质的复制”“着丝点的分裂”等学生自己解决不了的知识精讲，为小组合作学习扫清了障碍，确保活动顺利地开展。对学生自己可以解决的问题，组织各小组不断地思考，磋商，动手演练，建构不同种类的物理模型，圆满地达成了预设的任务。小组内成员和小组间成员的相互评价，可谓二次提取知识，还可发现易出错的地方，从同伴的失误中得到启发，增强了自己纠错的本领。由此可见，物理模型的建构意义深远。

四、 建议

一是在常规教学中，教师要有意识地将相关知识内容的学习与模型建构思维有机地融合在一起，经过长期的熏陶，学生就能够掌握物理模型建构的方法，而且在某些问题上，习惯于用物理模型建构的思维去解决问题了。

二是一般来说，广大生物教师和学生并没有十分重视它，原因是高中阶段学习负担非常重，生物课相对其他科目课节较少，教师担心建构物理模型活动会占用太多的时间。在根据知识内容和学生的实际建构物理模型时，应采取不同的教学策略，就可以大大地提高物理模型建构的有效性。不一定是整节课都在建构物理模型，单独拿出某个教学环节也可以搞物理模型的建构;建构物理模型的场所既能发生在课堂上，还可以是课下其他场所;建构物理模型的课型既能发生在新授课中，还能发生在复习课中。

三是灵活运用物理模型建构教学的前提，就是教师应该熟知物理模型建构的理论及技能。教师在开展建模活动时，必须要清楚建构物理模型的一般步骤及注意事项等，仅仅通过旁听一节物理模型建构的公开课，观看一段物理模型建构的视频，就能在教学中应用自如是不可能的。在实践中，教师通过不懈的总结，吸取教训，才能增强自身的技能。

四是针对不同的教学任务及教育对象，要仔细斟酌，采用的教学策略只要抓住了高中学生的认知特点，就能有效地加强他们的动手制作模型的能力、语言表达能力、分析推理能力等建构模型的能力。

五是教学者一定要意识到，培养学生的物理模型建构思维绝不是一朝一夕就可完成的，需要多次应用适合的教学策略去帮助完成这个教学任务。学习者也要有意识地将建构物理模型的能力不断地提高，将这项关键能力不断地扩大实践范围，将此优良的学习方法辐散到多个学科中，必将快速地提高学习效率。

参考文献：

[1]方丽.角色扮演教学法及其有效策略研究[D].南京：南京师范大学，2016.

[2]陈兰.高中生物合作学习有效性的实证研究[D].桂林：广西师范大学，2008.

作者简介：

黄海荣，内蒙古自治区呼伦贝尔市，内蒙古自治区呼伦贝尔市海拉尔区铁路第一中学。