淺談物理模型在高中生物教學(xué)中的應(yīng)用

摘要：物理模型的建構(gòu)有利于增強(qiáng)學(xué)生對生物知識的直觀認(rèn)識，在高中生物教學(xué)中具有重要的實(shí)踐意義。本文以《DNA分子的結(jié)構(gòu)》一課為例，講述如何應(yīng)用物理模型建構(gòu)方法提高學(xué)生生物學(xué)習(xí)的效率。

關(guān)鍵詞：自主建構(gòu) ?物理模型 ?DNA分子的結(jié)構(gòu) ?高中生物教學(xué)

中圖分類號：G633.91 ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：C ? ? ? ? ? ?文章編號：1672-1578（2015）08-0172-02

高中生物教學(xué)中涉及到的模型包括物理模型、概念模型、數(shù)學(xué)模型等。物理模型是指以實(shí)物或圖畫形式直觀地表達(dá)認(rèn)識對象的特征，如DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型、真核細(xì)胞結(jié)構(gòu)模型等。[1]物理模型的建構(gòu)有利于增強(qiáng)學(xué)生對生物知識的直觀認(rèn)識，在高中生物教學(xué)中具有重要的實(shí)踐意義。

新課標(biāo)教材（人教版）教材中，共安排了3個物理模型建構(gòu)的內(nèi)容，如下表所示：

此外，通過物理模型構(gòu)建可以達(dá)到更好教學(xué)效果的例子，在教材中還有很多，比如：“有絲分裂中染色體變化”、“生物膜的流動鑲嵌模型”、“染色體變異”、“建構(gòu)重組DNA分子”等。[1]

下面以《遺傳與進(jìn)化》模塊中第3章第2節(jié)的“DNA分子的結(jié)構(gòu)”第2課時的教學(xué)為例，分析如何進(jìn)行物理模型教學(xué)。

1 ? 課前準(zhǔn)備

（1）課前將學(xué)生分組，要求學(xué)生復(fù)習(xí)必修1“核酸”的知識點(diǎn)和必修2“DNA分子的結(jié)構(gòu)”第1課時所學(xué)“DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)史”的相關(guān)內(nèi)容。

（2）每個活動小組自主選擇材料（泡沫塑料、紙片、牙簽、橡皮泥等常用物品均可以用做模型制作的材料），嘗試建構(gòu)DNA分子的結(jié)構(gòu)模型。

2 ? 課堂教學(xué)

2.1展示自主建構(gòu)的DNA分子結(jié)構(gòu)模型，學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)組成

教師請活動小組推薦兩個學(xué)生上講臺，展示他們自己的作品并講解建構(gòu)模型的依據(jù)和建構(gòu)過程、體會。然后學(xué)生進(jìn)行DNA分子結(jié)構(gòu)互評，教師拓展小結(jié)。教師可以通過模型建構(gòu)的交流，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識到與人合作在科學(xué)研究中的重要性，加強(qiáng)團(tuán)體協(xié)作意識。

教師進(jìn)入第二個環(huán)節(jié)即“問題串”，層層遞進(jìn)開拓學(xué)生思維。問題1：組成核苷酸的三個部分是怎樣進(jìn)行聯(lián)系的？ 問題2：脫氧核苷酸長鏈?zhǔn)侨绾芜B接而成的？問題3：如何通過脫氧核糖與磷酸的排列，在模型上體現(xiàn)DNA的反向平行？問題4：堿基的配對應(yīng)該是怎樣的？[1]師生根據(jù)前面同學(xué)的回答，共同總結(jié)出本節(jié)課的第一塊內(nèi)容，即DNA分子的組成。再從“基本單

位——單鏈——平面結(jié)構(gòu)——立體結(jié)構(gòu)”入手，由簡單到復(fù)雜，由平面到立體，共同學(xué)習(xí)DNA分子的結(jié)構(gòu)，最終就能很輕松地掌握DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)。

2.2查找自主建構(gòu)的DNA分子結(jié)構(gòu)模型錯誤，體驗(yàn)結(jié)構(gòu)組成

（1）教師播放DNA的平面結(jié)構(gòu)圖，要求學(xué)生根據(jù)所學(xué)知識和展示的圖片找出所建構(gòu)的DNA分子結(jié)構(gòu)模型錯誤之處，并請學(xué)生回答如何糾正。這個活動中，教師也可組織學(xué)生到其他活動小組參觀，并進(jìn)行糾錯，促進(jìn)學(xué)生交流。如果能夠課前做好“生生DNA分子結(jié)構(gòu)模型交流評價表”，學(xué)生之間通過量化打分，可將物理模型建構(gòu)的學(xué)習(xí)更好地落到實(shí)處。

活動完畢，師生可以共同總結(jié)得出，制作DNA分子結(jié)構(gòu)模型在哪些方面需要多加注意的。

（2）教師展示DNA分子結(jié)構(gòu)的立體模型，學(xué)生觀賞并嘗試旋轉(zhuǎn)自主建構(gòu)的物理模型，體驗(yàn)平面結(jié)構(gòu)怎樣進(jìn)一步形成立體結(jié)構(gòu)。之后，對照自主建構(gòu)的物理模型與標(biāo)準(zhǔn)DNA分子結(jié)構(gòu)模型，體驗(yàn)DNA分子作為生物界主要的遺傳物質(zhì)在立體結(jié)構(gòu)上是如何精妙，如何規(guī)則。

2.3比較各組自主建構(gòu)模型的異同點(diǎn)，歸納結(jié)構(gòu)特性

（1）教師引導(dǎo)學(xué)生分析自制模型不同點(diǎn)，小結(jié)DNA分子的多樣性和特異性

教師要求學(xué)生寫出所建構(gòu)的模型中的堿基排列順序，不同活動小組進(jìn)行比較，找出不同之處。教師根據(jù)學(xué)生展示堿基不同提問：DNA分子通過什么方法使其自身儲存足夠量的遺傳信息，從而承擔(dān)起生物界主要的遺傳物質(zhì)這一角色？學(xué)生會從含氮堿基、脫氧核糖、磷酸甚至空間結(jié)構(gòu)幾個方面思考，教師應(yīng)積極鼓勵，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行思維發(fā)散，思維碰撞?？上鹊贸鯠NA分子結(jié)構(gòu)的多樣性，在多樣性學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，教師適當(dāng)引用生活中的實(shí)例，分析出DNA分子結(jié)構(gòu)的特異性。

（2）教師引導(dǎo)學(xué)生分析自制模型不同點(diǎn)，學(xué)習(xí)DNA分子結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性

教師要求學(xué)生比較不同組的模型有何相同之處，引導(dǎo)學(xué)生思考：DNA分子是如何維系它的遺傳穩(wěn)定性的？在學(xué)生思考的過程中，教師應(yīng)該進(jìn)行適當(dāng)?shù)囊龑?dǎo)，比如用生活中的實(shí)例，DNA分子的立體結(jié)構(gòu)像生活中的什么？一個旋轉(zhuǎn)樓梯是如何維持它自身的穩(wěn)定性的？樓梯的扶手就相當(dāng)DNA分子結(jié)構(gòu)中的什么？臺階呢？通過這樣的引導(dǎo)，學(xué)生就很容易得出DNA分子結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

2.4自主建構(gòu)新的DNA分子結(jié)構(gòu)模型，進(jìn)行匯報(bào)交流

教師給每個活動小組一套教具盒“DNA分子結(jié)構(gòu)模型”，學(xué)生利用教具里的材料，建構(gòu)新的DNA分子結(jié)構(gòu)模型。為了加深學(xué)生對知識的理解和應(yīng)用，在學(xué)生動手操作之前由教師給出一定的要求，比如要求不同的小組分別組裝不同堿基排列順序的DNA模型等。學(xué)生也應(yīng)先對模型組裝順序進(jìn)行設(shè)計(jì)（組裝的順序可以設(shè)計(jì)如下：基本單位——單鏈——平面結(jié)構(gòu)——立體結(jié)構(gòu)）。另外，組裝完成后，各小組進(jìn)行匯報(bào)交流，從而將所學(xué)的知識加以鞏固和應(yīng)用。

以上設(shè)計(jì)以學(xué)生課前自主建構(gòu)DNA分子物理模型，課堂中交流模型制作，查找模型錯誤點(diǎn)、異同點(diǎn)，重新自主建構(gòu)物理模型，層層遞進(jìn)，環(huán)環(huán)相扣。以自主建構(gòu)DNA分子結(jié)構(gòu)模型為主線，以交流模型建構(gòu)為輔助，較好地突破了重點(diǎn)，解決了難點(diǎn)。一

方面，進(jìn)行DNA分子結(jié)構(gòu)模型課堂上交流，這一方法強(qiáng)化了學(xué)生對DNA分子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的學(xué)習(xí)，為學(xué)生進(jìn)一步掌握遺傳學(xué)的知

識提供了強(qiáng)有力前提條件。另一方面，兩次進(jìn)行DNA分子結(jié)構(gòu)模型的自主建構(gòu)，既提高了學(xué)生動手能力，使學(xué)生樂于學(xué)習(xí)，又較好的實(shí)現(xiàn)了DNA分子結(jié)構(gòu)知識的鞏固提升。

模型建構(gòu)是一種創(chuàng)造性活動，在課堂中教師應(yīng)注意把握好引導(dǎo)性和開放性，引導(dǎo)學(xué)生通過不斷的分析、交流、修正得到正確的物理模型，才能達(dá)到較好的教學(xué)效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]人民教育出版社等.生物2 遺傳與進(jìn)化[M].北京：人民教育出版社，2011.

作者簡介：蔡燕芳（1983年-），福建漳州人，中學(xué)一級教師，畢業(yè)于福建師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，主要研究方向：高中生物課程與教學(xué)論。