几种简单物理模型构建的介绍

陆晓金

（昆山开发区青阳港学校 江苏苏州 215300）

《普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）》强调了科学思维的培养与建立。其中，模型作为一种思维与认识的手段，是一个思维与行为相统一的过程。教师利用模型构建的研究推动教学，有利于学生借助模型来获取、拓展和深化对知识的认识和掌握。高中新教材中对模型的定义为：“人们为了某种特定的目的而对认识的对象所作的一种简化的概括性的描述，这种描述可以是定性的，也可以是定量的；有的借助于具体的实物或其他形象化的手段，有的则通过抽象的形式来表达，并将模型的形式分为物理模型、概念模型和数学模型等”。对于初中生物学，亦是如此，模型构建可以锻炼学生的操作能力，使学生在动手与思考的过程中培养科学的思维，在交流与分享的过程中达到知识的共享与互补，为高效的课堂奠定一定的发展基础。下面介绍几种简单物理模型的构建方法，以此提升课堂效率。

1 房室瓣模型的构建

1.1 材料

透明塑料瓶、剪刀、奶嘴、热熔胶。

1.2 实验原理与效果

先用剪刀在奶嘴口开一个小十字，不用过大，再剪去塑料瓶的顶部与底部，留下中间塑料圆柱状部分，然后用热熔胶将奶嘴固定在其正中间，如图1所示。

图1 房室瓣模型

接着，将奶嘴口一端朝下，上面注满清水，可以观察到由于重力势能的缘故，压迫十字打开，水会一滴一滴的往下流，此时模拟房室瓣打开血液从心房流入心室。再将奶嘴口朝上，同样注满清水，淹没奶嘴口，发现由于奶嘴的形状，降低了重力势能对其的压力，十字口未打开，此时模拟房室瓣有防止血液倒流的功能。

2 听觉形成模型的构建

2.1 材料

剪刀、手机支架、注射器、透明塑料瓶、橡皮膜、火柴棒、细线、超轻黏土。

2.2 实验原理与效果

组装之前做好准备工作：用剪刀将透明塑料瓶剪成3段，去除底部，留下尖端与中间部分；取出注射器的活塞，留下空筒，将顶部切除，用橡皮膜包裹住，并在正中间粘上火柴棒；用超轻黏土制作一个小球，并用细线相连，系在手机支架处，按图2所示顺序，将以上结构依次连接。

图2 听觉形成过程模型

塑料瓶漏斗状的尖端模拟耳郭，注射器空筒模拟外耳道，橡皮膜模拟鼓膜，火柴棒模拟听小骨，超轻黏土捏成的小球模拟耳蜗，细线模拟听神经。对准塑料瓶漏斗状尖端持续发出“喂喂喂喂”的声音，通过其收集，经过空筒（模拟外耳对声音的收集作用），到达橡皮膜引起振动，经过火柴棒传递到小球，使其摆动（模拟鼓膜振动，经听小骨的传递，刺激耳蜗，产生神经冲动），再经细线（听神经）传递到大脑，产生听觉。该教具的构建与模拟可以使学生深刻理解“外耳集音、中耳传音、内耳感音”的功能。

3 屈肘伸肘模型的构建

3.1 材料

小木棍、橡皮筋、胶带。

3.2 实验原理与效果

如图3所示，用胶带将两根木棍连接起来，模拟肘关节，再分别固定两根橡皮筋，模拟肱二头肌与肱三头肌。向上运动木棍A，模拟屈肘，此时橡皮筋分别处于收缩与舒张状态；模拟肱二头肌与肱三头肌的收缩与舒张，向下运动木棍A，结果则相反。此结构虽然简单，但能形象地表现出肉眼所看不见的肌肉运动状态，可以使学生更好地理解人体的运动并不是单一的肌肉或骨就能完成的，是需要多方面协调而共同完成的。

图3 屈肘伸肘模型

4 鸟类双重呼吸模型的三次构建

4.1 三次构建所需材料

①大气球、小气球、胶水、打气筒、剪刀。

②橡皮手套、打气筒。

③一副橡皮手套、Y型玻璃管、打气筒、透明输液软管、流速调节器。

4.2 实验原理与效果

①大的气球周围连接上数个小气球，大气球模拟的是一个肺，小气球则模拟肺周围的气囊，如图4A所示。通过打气与放气模拟鸟类的吸气与呼气，能初步将双重呼吸的概念呈现在学生面前，学生对其有简单的认识。但是，在制作的过程中，先在大气球上剪几个小口，再把小气球的头部塞入并用胶水粘住，这样会导致打气的时候部分连接处漏气，气体不能进入小气球中，影响模型的建构，影响学生对概念的学习，需对模型进行改进，重新建构。

②橡皮手套的手掌部分模拟肺，手指部分模拟气囊，如图4B所示。模型建构的材料选择发生变化，改为橡皮手套，手掌部分模拟肺，手指部分模拟气囊，两者在材料上作为一个整体，很好地解决了两者连接处漏气的问题。学生在演示的时候会比较顺利，能基本了解气囊是用来储存气体的。但是，橡皮手套的开口略大，当其充满气体给学生展示时，教师需要用手捏住开口或橡皮管。这样不能解放双手，且易漏气，因此，还需要再次改进模型，优化概念教学。

③橡皮手套的手掌部分模拟肺，手指部分模拟气囊，Y型玻璃管模拟气管与支气管，输液管连接流速调节器，与橡皮手套开口处相连，如图4C所示。在上次建构的模型基础上，加了一根带流速调节器的输液管，这样可以解决模拟吸气与呼气状态下的静止画面，从而解放教师双手，给予学生更充分的时间进行观察，从而更好地理解双重呼吸的概念。增加了一只橡皮手套，模拟鸟类的左右两肺，Y型玻璃管模拟气管与支气管，使结构更加完整，突出结构与功能相适应的观念。

图4 鸟类双重呼吸模型的建构过程

在生物学实验课堂上让学生形成并发展生命观念，需要落实在每节课上，对于教师来说任重而道远。教师备课3次，3次改进“双重呼吸”模型的建构，优化了概念教学，使学生对重要知识能理解透彻，从而达到提高课堂效益的目的。

5 神经元结构模型的构建

5.1 材料

电线、剪刀、化学分子结构模型。

5.2 实验原理与效果

首先利用化学分子结构模型来构建，按照图5所示顺序连接好，中间的分子球模拟细胞体，与分子球相连的连接棒模拟突起，与电线外皮相连的连接棒模拟轴突，其余连接棒模拟树突，电线外皮模拟髓鞘，两者结合模拟神经纤维。接着，用剪刀剪去一部分电线外皮，露出铜丝，将铜丝按照如图6所示，捏成神经元细胞体的形状，铜丝的分支模拟神经末梢。教师利用一些生活中的材料，让学生在建模的过程中，完成了新知的学习，锻炼了动手操作的能力，以促进学生形成科学的思维方式。

图5 神经元结构模型一

图6 神经元结构模型二

6 反思

模型构建是一种有效的教学手段，教师应多从学生的认知水平与生活实际出发，利用现实生活中常见、易得的材料，构建与开发学生能接受、易理解的模型，将知识简单地呈现给学生，使之更容易被理解与运用。在课堂构建之前，教师应提前做好预实验，在课前计算好构建所需的大致时间，以便更好地把控课堂活动的节奏。虽然模型构建有利于课堂教学的进行，但这并不能作为教学的全部。教师应结合具体的教学内容，采用小组讨论、角色扮演、模拟游戏等多种不同的教学策略和方法，达成教学目标，达到师生交流、共同发展与提高的目的。