例談物理模型建構(gòu)在生物概念教學(xué)中的應(yīng)用

俞秋錦

生物學(xué)模型是人們?yōu)榱四撤N特定目的而對(duì)認(rèn)知對(duì)象所做的一種簡(jiǎn)化的概括性的描述，有的借助于具體的實(shí)物或者其他形象化的手段，有的則通過(guò)抽象的形式來(lái)表達(dá)。模型的形式很多，包括物理模型、概念模型、數(shù)學(xué)模型等。用模型方法探討生物問(wèn)題，遵從實(shí)驗(yàn)到理論的過(guò)程，符合從感性到理性的認(rèn)知規(guī)律，能促進(jìn)學(xué)生認(rèn)知水平的發(fā)展，激發(fā)學(xué)生思維的興趣，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造能力。當(dāng)然，運(yùn)用模型方法進(jìn)行教學(xué)的方面很多，本文就專(zhuān)門(mén)從生物學(xué)概念教學(xué)方面進(jìn)行了一些探討，以供研究。

一、巧用物理模型解決核心概念

1.細(xì)胞結(jié)構(gòu)

談到生物，不得不講的核心概念肯定是細(xì)胞結(jié)構(gòu)。細(xì)胞是生物體結(jié)構(gòu)和功能的基本單位，但細(xì)胞體積小，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，只有借助電子顯微鏡才能一探究竟，學(xué)生建構(gòu)這個(gè)核心概念就很有難度。而通過(guò)自己制作物理模型，就可以將這些問(wèn)題解決，同時(shí)還能對(duì)微觀世界有較形象的了解。

2.生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型

這個(gè)核心概念的得出是眾多科學(xué)家長(zhǎng)期探索而來(lái)的。了解探索過(guò)程就是培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維過(guò)程，因此筆者采取了繪圖的方式來(lái)進(jìn)行模型建構(gòu)。

科學(xué)史是從19世紀(jì)歐文頓做的植物細(xì)胞的通透性實(shí)驗(yàn)開(kāi)始的，順著科學(xué)史的展開(kāi)，學(xué)生依次畫(huà)出了混亂排列的脂質(zhì)和蛋白質(zhì)、四種結(jié)構(gòu)的磷脂雙分子層的排列模式、蛋白質(zhì)在兩側(cè)磷脂在中間且磷脂尾對(duì)尾排列的暗—亮—暗結(jié)構(gòu)、蛋白質(zhì)部分嵌入或貫穿磷脂的模型四種變化的圖，繪圖體現(xiàn)了探究的歷程。最后，我引申了一下問(wèn)學(xué)生：“你們建構(gòu)的模型可以變成動(dòng)態(tài)嗎？”最后還是有同學(xué)奇思妙想，呈現(xiàn)了磷脂分子在流動(dòng)（尾部擺動(dòng)），蛋白質(zhì)分子在運(yùn)動(dòng)（箭頭表示蛋白質(zhì)從一處運(yùn)行到另一處）的“流動(dòng)鑲嵌模型”。

二、巧用物理模型突破難點(diǎn)概念

1.輸血、血型、凝集現(xiàn)象

初中生物中有一節(jié)內(nèi)容是“輸血與血型”，ABO血型有四種，輸血過(guò)程中會(huì)發(fā)生凝集現(xiàn)象，但是對(duì)于血型怎么回事，凝集是如何發(fā)生的，學(xué)生并不是很清楚。筆者曾有幸在一次初中對(duì)外公開(kāi)課中看到了一位老師精心制作的模型：她用橡皮泥制作了三種類(lèi)型的紅細(xì)胞，一種是紅細(xì)胞上無(wú)抗原的，一種是紅細(xì)胞上有用藍(lán)色三角捏上去的抗原的，還有一種是紅細(xì)胞上有用黃色圓球捏上去的抗原；相對(duì)應(yīng)的只能與藍(lán)色三角相結(jié)合的藍(lán)色抗體（在血清中）和只能與黃色圓球相結(jié)合的黃色抗體。老師用四只小燒杯呈現(xiàn)了四種血型，讓學(xué)生觀察從而分析清楚了四種血型的組成。而當(dāng)不同的血混在一起后，相應(yīng)的抗原抗體就會(huì)結(jié)合（藍(lán)色的三角和藍(lán)色形狀的抗體結(jié)合，黃色圓點(diǎn)和黃色形狀的抗體結(jié)合），這就是凝集現(xiàn)象，學(xué)生也就懂得了輸血要輸同型血的原則。通過(guò)這樣一個(gè)模型學(xué)生自己觀察，親自操作，難點(diǎn)概念自然迎刃而解。

2.解旋酶、限制酶和DNA連接酶

在高中生物中，這三種酶是學(xué)生容易搞錯(cuò)的難點(diǎn)。其實(shí)，在清楚DNA結(jié)構(gòu)組成后這就不算難點(diǎn)，但由于DNA結(jié)構(gòu)本身比較抽象，學(xué)生沒(méi)有空間概念。而模型就有這個(gè)好處，可以通過(guò)學(xué)生的摸索建立空間概念。筆者曾經(jīng)在上課過(guò)程中用紙做的模型來(lái)解決這個(gè)難點(diǎn)，顯示詳細(xì)的結(jié)構(gòu)，然后讓學(xué)生用剪刀來(lái)進(jìn)行操作，進(jìn)而解決多種酶作用位點(diǎn)。通過(guò)合作摸索和互相對(duì)比，學(xué)生就理解了這幾種酶的概念。

三、妙用物理模型辨析易混概念

1.DNA連接酶和DNA聚合酶

借助我們的紙模型，這樣的易混概念也就清晰明確了。當(dāng)然，這兩個(gè)概念主要借助了透明膠黏合來(lái)表示酶作用的位點(diǎn)。通過(guò)已經(jīng)“切”好的DNA的片段，讓學(xué)生用膠帶黏合，通過(guò)操作，學(xué)生很輕易地就明白了連接酶是連接兩個(gè)DNA片段的，作用位點(diǎn)是兩個(gè)特定位置的磷酸二酯鍵；而聚合酶的作用位點(diǎn)，是將單個(gè)的脫氧核苷酸連接成DNA片段的，作用位點(diǎn)是每個(gè)脫氧核苷酸間的磷酸二酯鍵。

2.染色體和染色質(zhì)

相信，為了辨析清楚這兩個(gè)概念，很多模型都被不同老師引用過(guò)。例如，最經(jīng)典的用電話(huà)線(xiàn)和電話(huà)線(xiàn)圈來(lái)比喻，但我覺(jué)得這個(gè)比喻并不是很貼切，只是借用了“形”，而沒(méi)有考慮實(shí)際組成，學(xué)生聽(tīng)了會(huì)覺(jué)得染色質(zhì)就是一樣?xùn)|西構(gòu)成的，對(duì)教材要求掌握的染色質(zhì)是由DNA和蛋白質(zhì)構(gòu)成的這個(gè)內(nèi)容就會(huì)忽視。因此，模型建構(gòu)有時(shí)還要考慮準(zhǔn)確性。而最近在做女生的串珠子手工時(shí)，我忽然間就對(duì)這兩個(gè)概念有了新的模型建構(gòu)的想法，并且實(shí)施了。我給學(xué)生現(xiàn)場(chǎng)演示了串珠過(guò)程，并且讓他們對(duì)應(yīng)相應(yīng)的概念進(jìn)行理解。首先一條串珠的線(xiàn)，這個(gè)就相當(dāng)于DNA，為了稍微逼真點(diǎn)，我還特意用兩股線(xiàn)纏繞成螺旋狀，讓學(xué)生感受DNA是兩條鏈的，是雙螺旋結(jié)構(gòu)的；在不同的地方穿上珠子，代表蛋白質(zhì)，用不同形狀和大小的珠子表示不同空間結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)；穿好后長(zhǎng)長(zhǎng)的一條項(xiàng)鏈就表示染色質(zhì)了（呈細(xì)絲狀）。有時(shí)，這條項(xiàng)鏈要變成珠花或者手串，就要將長(zhǎng)長(zhǎng)的項(xiàng)鏈折疊盤(pán)旋，這樣就表示變成了染色體（呈縮短變粗的棒狀）。

參考文獻(xiàn)：

施德明.高中生物模型方法教學(xué)及策略[J].科學(xué)教育，2008（1）：10-11.

編輯 薄躍華