浅谈构建物理模型在提高高中生物有效性教学的应用.doc

浅谈构建物理模型在提高高中生物有效性教学的应用海南省洋浦中学 魏成湘摘要：本文通过对模型构建在当前高中生物中教学过程中应用的现状分析，得出构建物理模型对于提高生物课堂的有效性教学意义重大。通过对高中生物教材中能运用构建模型进行有效性教学的相关知识点进行归纳总结，得出该教学方法可以在近40个相关知识点进行广泛运用。并通过对利用废弃材料构建生物膜的流动镶嵌模型的实践应用，总结出在生物教学中构建物理模型的方法。关键词：物理模型；高中生物；有效性教学；应用1. 引言1.1 物理模型概述模型，是人们为了某种特定目的而对认识对象做的一种简化的概括性描述，它的形式有很多，包括物理模型、概念模型以及数学模型等。其中以实物或图画形式直观地表达认识对象的特征，这种模型称之为物理模型1。而在生物学教学过程中，目前应用最多的就是物理模型。1.2 现今高中生物教学过程中存在的问题现今由于多媒体教学技术的发展，在高中生物课堂中更多的采用了影音、图像等多彩的动态的教学模式，导致许多生物教师，特别是青年生物教师在教学过程中忽略了对生物模型的制作和应用。即使有的教师在教学过程中使用了模型，也常采用由厂家生产的标准化模型，虽然更为准确、形象和直观，但学生在学习过程中没有亲身实践，被动的接受有关知识，和看书本中的图画差不多，对提高生物教学的有效性作用不大。同时，由于教师很少带领学生去亲自制作模型，造成学生的动手能力差，思维僵化等多方面的问题。1.3 新课标对构建模型在高中生物教学过程中的要求所以，在新课程改革中，高中生物课程标准对于制作生物模型提出了相关要求，表1.1所示即为高中生物教材中构建模型活动的相关要求。学生亲自制作生物模型是高中生物对学生思维能力、创新能力以及动手能力的培养方法之一，自己亲手制作生物模型，虽然准确性较差，外观也许不是很形象。但是，学生通过制作生物模型，加深了对相关知识的理解，帮助学生增加感性认识，克服对一些微观结构和代谢过程认识的困难。提高了学生的动手能力，培养了学生的创新思维能力，提高了学生合作和交流的能力，设计和探究的能力。表1.1 高中生物教材中构建模型相关活动12345（其中为数学模型，为物理模型，为概念模型，为课标要求，为教材推荐活动）序号 题名 模块 章节 页码1 尝试制作真核细胞的三维结构模型 分子和细胞 第三章第三节 P542 利用废弃物品制作生物膜模型 分子和细胞 第四章第三节 P693 建立减数分裂中染色体变化的模型 遗传与进化 第二章第一节 P234 制作DNA双螺旋结构模型 遗传与进化 第三章第二节 P505 建立血糖调节的模型 稳态与环境 第二章第二节 P266 建构种群增长模型 稳态与环境 第四章第二节 P657 设计并制作生态缸 稳态与环境 第五章第五节 P1128 重组DNA分子的模拟操作 现代生物科技专题 第一章第一节 P62. 高中生物教材中可以利用构建物理模型提高教学有效性的相关知识点除表1.1所述对于构建模型进行相关生物教学的要求外，在高中生物教材中，许多知识点均可以利用制作物理模型的方式来进行教学活动。通过归纳，见表1.2所示。在其中，属于必修一分子与细胞的有12个相关知识点，属于必修二遗传和进化的有7个，属于必修三稳态与环境的有9个，属于现代生物科技专题的有10个。从复杂程度可以将其分为两类，一类为单一模拟实物模型，如DNA的双螺旋结构模型，细菌蓝藻细胞结构模型，突触结构模型等。一类为组合演示模型，如基因表达过程演示模型，有丝分裂、减数分裂过程演示模型，基因工程基本操作演示模型等。教师在教学过程中可以通过：1）教师制作、学生观看；2）学生课前预习后制作；3）师生当堂制作；4）学生课后小组制作；5）利用探究活动课堂进行制作等多种形式进行。也可以在校内举行生物模型制作大赛。但在物理模型制作过程中，要注重培养学生的自主性、创新性、严谨性和学生间的交流合作。 表1.2 高中生物必修一、二、三及选修三中可以利用物理模型进行教学的相关知识点1345序号 物理模型名称 知识点1 细菌（蓝藻）细胞模型 原核细胞的结构特征及原核生物的种类2 氨基酸的结构模型及脱水缩合过程 氨基酸分子结构特征及脱水缩合形成肽键过程3 核苷酸的结构模型及磷酸二脂键的形成 核苷酸的组成结构及核苷酸链的形成4 线粒体（叶绿体）结构模型 线粒体（叶绿体）双层膜等相关结构特点5 动植物细胞结构模型 真核细胞的结构组成6 利用细胞结构模型展示分泌蛋白的形成过程 分泌蛋白的合成、转运、加工、排出等过程7 利用两种伞藻结构模型模拟伞藻嫁接实验 细胞核控制细胞的代谢和遗传8 细胞核的结构模型 细胞核的结构组成9 生物膜的流动镶嵌模型 生物膜的流动镶嵌模型及细胞物质的输入输出10 模拟降低反应活化能的结构模型 降低反应活化能的酶11 利用琼脂块模拟细胞大小与物质运输的关系 细胞体积越大，运输物质效率越低12 有丝分裂过程演示模型 有丝分裂过程13 利用小球模拟性状分离比 一对相对性状杂合子自交后代基因型比例14 制作两对相对性状杂交F2代基因组合类型板 两队相对性状杂合子自交后代组合及基因型表现型比例15 减数分裂过程演示模型 减数分裂过程16 DNA的双螺旋结构模型 DNA的双螺旋结构特点17 基因的表达过程模型（转运RNA模型， 转运RNA结构特点、转录过程、翻译过程翻译过程等）18 染色体结构变异模型 染色体片段的缺失、增添、移接以及颠倒引起的变异19 基因工程中基本步骤演示模型 限制酶切割、DNA连接酶连接、质粒分子结构等20 内环境组成和内外环境物质交换模型 内环境的组成成分及与外界环境物质交换过程21 突触结构模型 突触的结构及信息传递过程22 血糖来源和去向模型 血糖平衡23 利用组合物理模型展示免疫调节过程 三层防线以及体液免疫、细胞免疫过程24 构建种群年龄组成的三种类型的模型 增长型、稳定型、衰退型的相关知识序号 物理模型名称 知识点25 池塘生态系统模型 池塘生态系统的种类组成26 生产者、消费者及分解者的关系模型 生产者、消费者及分解者关系27 食物链模型 食物链的相关知识（如起始、营养级等）28 利用组合物理模型展示能量流动过程 能量在食物链上的流动过程及特点29 粘性末端和平末端结构模型 粘性末端和平末端特征30 重组DNA分子的模拟操作 DNA分子重组过程31 PCR反应原理展示模型 PCR过程32 基因表达载体模型 基因表达载体的结构特点33 利用物理模型展示精子变形过程 精子的变形34 利用物理模型展示受精卵发育过程 受精卵的发育35 牛胚胎性别鉴定和分割示意模型 囊胚期胚胎的分割技术36 “无废弃物农业能量和物质流动模型 物质循环再生原理37 桑基鱼塘模型 系统整体性原理38 “四位一体“农业生态工程模型 生态工程的前景3. 初探物理模型在生物有效性教学过程中的构建及应用笔者在高中生物教学过程中，对构建物理模型以及物理模型在有效性教学过程中的应用进行了探索。分别采用了教师制作、学生观看，课前学生预习后制作，师生当堂制作以及课后学生小组制作，举行生物模型竞赛等方式。在高中生物教学过程中取得了一定成效。下文以其中一个利用废弃物制作细胞膜的流动镶嵌模型的实例来说明物理模型的制作过程。 高中学生建构模型时，多数是在背景知识清晰的情况下进行的。但该模型的制作可以放在教学的任何一个阶段进行，其中以学生课前预习制作效果最为明显。学生可以通过预习相关知识；查找资料、实地调查、系统设计物理模型；制作并评价物理模型；修改物理模型等阶段完成物理模型的制作。1） 学生预习相关知识。学生可以在预习过程中了解细胞膜的基本结构组成为磷脂双分子层和蛋白质分子，其中磷脂双分子层由两层磷脂分子组成，构成生物膜的基本骨架，其中磷脂分子的亲水性头部磷酸分子朝向两侧，疏水亲脂性的尾部脂肪酸分子相对朝向内侧。蛋白质分子镶、嵌或者贯穿其中。两者均具有流动性。通过预习，增强了学生主动获取知识的能力，提高学生的学习主动性。2）学生查找资料，实地调查，系统设计物理模型在了解基本知识以后。得出细胞膜的亲水性头部可以利用圆球状物体表示，而疏水性尾部可以利用两支杆状物表示。学生通过查找资料以及实地调查找出与细胞膜的流动镶嵌模型结构相似的废弃物，如磷脂分子的头部可以利用废弃乒乓球来制作，尾部可以利用废弃铁丝制作，而蛋白质分子可以利用椭圆形废弃鼠标代替等。如果没有找到结构相似、能直接利用的废弃物，还可以考虑用废弃物进行加工后来进行制作，如用废弃塑料泡沫切割后形成结构相似的组件。查找出使用的废弃物后，针对废弃物的结构，对该物理模型进行系统的设计，如磷脂分子的头部与尾部之间，不同磷脂分子的头部之间该如何连接，蛋白质分子该如何镶、嵌以及贯穿其中等。将其设计为一个完整的草案。从这一过程中，学生学会了提问、观察、调查、设计等方法；在设计过程中，学会综合运用所学知识分析问题和解决问题，提高了查找、收集、整理资料，处理信息并进行设计的能力以及创新思维能力。3） 物理模型制作评价过程设计了生物膜的流动镶嵌模型后，学生开始动手制作该模型。可以通过单个学生制作后，选择优秀作业进行全班讨论的模式，也可采用小组集体制作，互相评价的模式。在评价过程中，找出该作业的优缺点以及提出相应的改进意见。在整个制作评价过程中，主要提高了学生的动手实践能力、交流沟通的团队协作能力以及评价鉴赏的能力。4） 物理模型的修改过程通过班级评价后，学生个人或小组对自己提交的模型作业作出相应的修改。增强了学生纠正错误的意识，有利于学生的学习和发展。（图3-1为学生利用塑料泡沫制作的生物膜流动镶嵌模型。）图3-2 利用塑料泡沫制作生物膜的流动镶嵌模型4.结语由于模型和模型的构建方法在现代生命科学中起着越来越大的作用，是现代高中学生必须了解和掌握的重要科学方法，一方面，它不仅对学生学习生物科学有帮助，而且还有助于学生将来进行科学研究或参加工作后，更好地解决生活和工作中的相关问题。另一方面，这种科学方法的学习和应用，不仅有利于学生形成系统的科学认知观，同时还强化了与其他学科，如数学、物理、化学等学科的内在联系。最后，教师在带领学生进行模型制作的过程中，学会了利用模型进行相关教学的方法。模型的建构改变了传统的教师满堂灌局面，加强了师生间的互动，体现了新课程改革的理念，因此，在高中生物课堂上，利用构建物理模型进行教学对提高生物教学有效性有着重要的意义，但需注意的是在教学中，模型的建构不是放手让学生游戏或是当成制作一个工艺品，应该有目的、有组织的进行才能收到比较满意的效果。模型建构可以体现了师生的共同智慧，在今后的课堂中应不断改革和创新。参考文献：1 朱正威 赵占良 主编 普通高中课程标准实验书生物必修1分子与细胞， 2007 北京：人民教育出版社，54552中华人民共和国教育部制订 普通高中生物课程标准（实验稿）. 2003 北京：人民教育出版社 3 朱正威 赵占良 主编 普通高中课程标准实验书生物必修2遗传与进化 ， 2007 北京：人民教育出版社4 朱正威 赵占良 主编 普通高中课程标准实验书生物必修3稳态与环境 ， 2007 北京：人民教育出版社5 朱正威 赵占良 主编 普通高中课程标准实验书生物选修3现代生物科技专题 ， 2007 北京：人民教育出版社