物理模型教学培养高中生生物科学思维的思考

刘勇环

【摘要】针对学生对遗传学规律理解不够深入的情况，特别是对遗传过程中出现的各种比例存在混淆，导致学生在解决遗传相关问题时不能准确作答的问题，教师要和学生一起构建基因自由组合实质的模型，为学生理解基因自由组合的实质找到突破口，在该模型的构建中培养学生的科学思维，有效提升学生的生物核心素养。

【关键词】高中生;模型构建;科学思维;核心素养

“模型构建”主要是希望通过教师的引导，帮助学生自主构建模型，并在此过程中感悟学习生物的科学思维、掌握生物的学习技巧等。而物理模型以实物或图画形式直观地表达认识对象的特征。在新高考的背景下，生物学科对学生的要求不再是要求学生背诵并拿到分数，特别是选考生物的学生来讲，更多的是要求学生能够从科学思维角度出发，学习并理解知识。因此，教师需要更加关注学生科学思维的培养，一些抽象的知识可以通過建立模型，特别是物理模型渗透到日常教学中，令学生能够进一步完善理科意识。

普通高中人教版生物《必修二·遗传与进化》第一章“遗传因子的发现”的内容是比较难理解的，两大遗传规律对于学生来说，抽象、难懂。因此，在开展该内容的教学时，借助模型模拟实验过程，运用模型和建模过程给学生渗入科学探究思维，将虚拟的过程转化为人人都可理解和触摸到的现实，将被动接受转化为主动探究，让学生在构建模型的实践中理解，进而找到学习该重难点的方法的突破口。我们的教材仅仅对分离定律进行了模拟，在复习一轮学习的过程中，笔者让学生模拟自由组合过程中几种配子比例形成的过程，通过寻找实验材料、实验模拟过程的操作以及对实验结果的数据统计和分析，学生找到重难点的突破口。同时，在该过程中，学生养成解决实际问题的思维习惯和能力。

一、“基因自由组合实质”模型构建

1.材料用具

每组小桶2个，分别标记为A、B;A桶有小球20个，一种标记为Y，一种标记为y，B桶小球也是20个，一种标记为R，一种标记为r;完成第一组实验后，A桶小球换成性染色体上的等位基因，分别标记为XB、Xb;记录用的纸和笔。

2.模型构建

用A、B两个小桶分别代表两对同源染色体，A、B桶的小球代表等位基因，模拟在减数分裂过程中同源染色体上的等位基因彼此分离，非同源染色体上的非等位基因能够自由组合。

（1）分组

将全班学生分成五个大组，每组成员6个人。

（2）分装、标记小球

取A、B两个小桶，每个小桶内各放小球20个;A桶中的Y小球与y小球各10只，代表常染色体上一对等位基因;B桶中的R小球与r小球各10只，代表另外一对常染色体上等位基因。

（3）混合小球

摇动A、B小桶的球，使桶内小球充分混合。

（4）每1大组各派2个学生分别从代表常染色体的A、B两个小桶中随机抓取一个小球，要求学生闭眼进行操作，1个学生记录该字母组合，这表示两对常染色体上的非等位基因自由组合，剩余3个学生在旁观看学习并进行指导。第1小组实验完成后，A桶小球换成代表性染色体上的等位基因，然后换另外2个学生来抓小球，1个学生记录下两个小球的字母组合，这表示常染色体和性染色体上的非等位基因能够自由组合。

（5）重复实验，将抓取的小球放回原来的小桶，并充分混合小桶，再按上述方法重复做50～100次（重复次数越多，模拟效果越好）。记录时，可将四种配子的基因型写好，以后每抓一次，在不同基因型后以“正”字形式记录。

（6）计算小球组合。

（7）实验结论分析实验结果，在实验误差允许的范围内，师生总结得出合理的结论。

二、选材中发挥创新精神，提升理性思维

根据模拟实验的操作目的，教师进行合理引导，参考教科书“性状分离比模拟实验”，将全班学生分成5个组，每个组有6人，每组设1个小组长，以小组为单位对该实验进行讨论，然后形成一个方案，各小组组长集合讨论选取最佳方案。该过程需要生生合作、小组和小组合作探讨，不同小组在该过程中有思维火花的碰撞，同时可以缓冲学生学习理科在感性思维上相对薄弱的问题，特别在新高考背景下，很多文科生选考生物。通过小组方案，笔者发现学生们取材都有考虑到科学性和简单性原则。如，模拟的配子选用不同颜色的红豆、绿豆代替，有的把纸卷起涂上不同颜色代表不同配子，等等。

三、“物理模型”构建过程提升学生的理性思维

理性思维是指尊重事实和证据，崇尚严谨和务实的求知态度，运用科学的思维方法认识事物、解决实际问题的思维习惯和能力。简单来说，理性思维就是一种建立在证据和逻辑推理基础上的思维方式。在该模型构建过程中，实操能够培养学生的逻辑思维，在数据收集时能够培养学生实事求是的态度，个别小组的数据跟大数据出现差错之后能够引发他们的思考并且找出原因，从而培养学生的质疑精神。

四、借助“物理模型”构建加深学生的发散性思维

借助“物理模型”构建，让学生在构建过程中学会举一反三并且应用到其它模型的构建过程;在“物理模型”构建时能够很好地发挥学生知识迁移和发散思维的能力。如，各小组讨论后选取最佳方案实施，然后在实施过程中，有些学生发现，只要满足同源染色体上的等位基因彼此分离，非同源染色体上的非等位基因自由组合。无论这两对是常染色体还是常染色体与性染色体，产生的都是四种配子，比例都是1：1：1：1。而且，完成第1小组的实验再完成第2小组的实验会导致重复的次数过少、数据有很大偏差，所以，将A桶的小球Y和XB，y和Xb标记在同一个小球上。这样，可以让2个学生摇球，2个学生随机抓取小球，2个学生记录。在这一过程中，学生们的参与度和兴致得到大大提升。

通过模型建构，相信学生对于分离和自由组合定律实质的理解更加透彻、知识的穿插点能够进一步拓展。教师通过以基因自由组合实质的模型构建为例，在培养学生创新精神、提升学生的理性思维和发散性思维方面有很大进展，有助于帮助学生形成核心素养。因此，教师要进一步拓展其它模型以及推广使用，帮助学生理解重难点知识。

参考文献：

[1]房杰.基于生物学科核心素养教学目标的制订——以“性状分离比的模拟”实验为例[J].中学生物教学，2018：34-36.

责任编辑  罗良英