張寒鳳

摘 要 結(jié)合生物學(xué)教學(xué)案例，就磁性軟白板在在建構(gòu)生物學(xué)物理模型、概念模型、數(shù)學(xué)模型中的應(yīng)用作探討，以引導(dǎo)學(xué)生有效開展自主合作探究性學(xué)習(xí)，從而提高學(xué)習(xí)效率。

關(guān)鍵詞 高中生物 模型建構(gòu) 磁性軟白板

中圖分類號(hào) G633.91 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 B

文件編號(hào)： 1003 - 7586（2016）11 - 0024 - 04

《普通高中生物課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)）》首次明確將“獲得生物學(xué)模型的基本知識(shí)”作為課程的知識(shí)目標(biāo)之一，并在“內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)”和“活動(dòng)建議”中作了具體的規(guī)定。新一輪的高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)修訂工作正在實(shí)施推進(jìn)中，核心素養(yǎng)是理科課程設(shè)計(jì)的指向標(biāo)，生物學(xué)核心素養(yǎng)包括生命觀念、理性思維、科學(xué)探究和社會(huì)責(zé)任。新課標(biāo)更注重學(xué)生分析問題、解決問題的能力。

建構(gòu)主義理論認(rèn)為，學(xué)生是學(xué)習(xí)的主體，應(yīng)該讓學(xué)生經(jīng)歷對(duì)知識(shí)的主動(dòng)探索、主動(dòng)發(fā)現(xiàn)和主動(dòng)構(gòu)建過程。模型建構(gòu)是學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)知識(shí)、認(rèn)識(shí)世界的一種手段和科學(xué)研究思維方法之一。它以簡(jiǎn)化和直觀的形式來顯示復(fù)雜的事物和過程，尤其是通過實(shí)物模型建構(gòu)，可使較抽象的、難以理解的重要概念和原理清晰呈現(xiàn)，使零散的知識(shí)逐漸系統(tǒng)化和直觀化，從而使學(xué)生獲得生物學(xué)概念和原理的準(zhǔn)確含義，進(jìn)而準(zhǔn)確利用。

目前高中生物教材中主要涉及物理模型、概念模型、數(shù)學(xué)模型三種建?；局R(shí)，旨在引導(dǎo)學(xué)生通過定性或定量化的概括性描述，使抽象、難理解的知識(shí)變得形象直觀，容易理解，進(jìn)而促進(jìn)知識(shí)的意義建構(gòu)。據(jù)此，筆者依托學(xué)?！皩W(xué)生學(xué)具的開發(fā)與應(yīng)用研究”課題，與同事一起，就“磁性軟白板在生物學(xué)模型建構(gòu)中的應(yīng)用”進(jìn)行了初步的探索與實(shí)踐。磁性軟白板具有價(jià)廉物美、擦寫方便、便于展示與交流等優(yōu)點(diǎn)，下面結(jié)合教學(xué)案例就其教學(xué)過程與應(yīng)用方法作簡(jiǎn)要的介紹。

1 磁性軟白板簡(jiǎn)介

磁性軟白板采用優(yōu)質(zhì)橡膠磁制作而成，除了白色，還有紅色、藍(lán)色等多種顏色，厚度為0.65 mm，目前在各種文具市場(chǎng)或者淘寶等網(wǎng)店可以方便地購(gòu)買到。磁性軟白板與教學(xué)中常用的白紙、硬紙、卡紙相比，優(yōu)點(diǎn)很多（表1）。

在教學(xué)中根據(jù)教學(xué)內(nèi)容選擇性地使用磁性軟白板，師生都感到方便、直觀和高效。

2 磁性軟白板在建構(gòu)生物學(xué)物理模型、概念模型、數(shù)學(xué)模型中的應(yīng)用

2.1 利用磁性軟白板建構(gòu)物理模型

物理模型是以實(shí)物或圖畫形式直觀地表達(dá)認(rèn)識(shí)對(duì)象的特征。其主要表象是“有形”，一定性狀的平面或立體圖形及其組合，就是對(duì)象本質(zhì)特征的具體化。例如真核細(xì)胞結(jié)構(gòu)模型、DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型等都屬于物理模型，它們都形象概括地反映了描述對(duì)象的本質(zhì)特征。

在學(xué)習(xí)“生物膜流動(dòng)鑲嵌模型”時(shí)，筆者采用小組合作學(xué)習(xí)模式，利用磁性軟白板的畫圖展示功能，引導(dǎo)學(xué)生體驗(yàn)建構(gòu)生物膜流動(dòng)鑲嵌模型的過程與方法，學(xué)生印象深刻且記憶持久。具體教學(xué)過程如下：

首先，學(xué)生自主學(xué)習(xí)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)“細(xì)胞膜的主要成分是脂質(zhì)和蛋白質(zhì)”的過程，而后教師小結(jié)：經(jīng)科學(xué)家的提取、分離和鑒定，發(fā)現(xiàn)脂質(zhì)的成分就是磷脂分子，并介紹磷脂分子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：磷脂是由甘油、脂肪酸和磷酸等組成，磷酸“頭”部是親水的，脂肪酸“尾”部是疏水的（黑板畫如圖1所示）。

接著，教師提出問題情境1：“科學(xué)家把從人的紅細(xì)胞中提取的磷脂分子在水—空氣界面上鋪展成單分子層，它會(huì)如何排布？”要求學(xué)生前后4人一組進(jìn)行討論，并將結(jié)果畫在磁性軟白板上。各學(xué)習(xí)小組派代表把磁性軟白板貼到黑板上展示。結(jié)果每組學(xué)生都能正確畫出如圖2所示的磷脂分子排布示意圖：親水性的頭部與水接觸，疏水性的尾部背離水。

然后，教師提出問題情境2：“科學(xué)家測(cè)得紅細(xì)胞細(xì)胞單分子層的面積恰為紅細(xì)胞表面積的2倍，由此能得出什么結(jié)論？”要求學(xué)生經(jīng)小組討論后將結(jié)果畫在磁性軟白板上，并再次展示在黑板上，組間如有不同答案，由組代表進(jìn)行解釋，其他同學(xué)可質(zhì)疑。經(jīng)交流，學(xué)生很快達(dá)成共識(shí)：在水—水界質(zhì)中磷脂分子必然排列成兩層，兩層磷脂分子的頭部朝水，尾部相對(duì)，并畫出如圖3所示的磷脂雙分子層示意圖。這時(shí)，教師通過多媒體演示一個(gè)動(dòng)物細(xì)胞，并設(shè)問引導(dǎo)：“細(xì)胞是立體結(jié)構(gòu)，細(xì)胞膜內(nèi)、外分別是怎樣的環(huán)境？組成細(xì)胞膜的磷脂分子又應(yīng)該如何排布呢？”學(xué)生經(jīng)小組討論后在磁性軟白板上畫出如圖4所示的細(xì)胞膜截面示意圖。

反思：在建構(gòu)生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型過程中，磁性軟白板的畫圖與展示功能得到充分利用。在此過程中，學(xué)生通過自主、合作、探究性學(xué)習(xí)，像科學(xué)家那樣經(jīng)歷了探索、發(fā)現(xiàn)、驗(yàn)證和理論建構(gòu)的過程。一切習(xí)得不是教師灌輸給學(xué)生的，而是他們根據(jù)已有的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)在新的學(xué)習(xí)情境中自主認(rèn)知構(gòu)建的，所以理解得透徹、印象深刻、記憶持久。

2.2 利用磁性軟白板建構(gòu)概念模型

概念模型是把抽象概念之間的復(fù)雜聯(lián)系，用簡(jiǎn)單直觀的圖式進(jìn)行描述。一般借助幾何線形來連接，故其主要表象特征是“有線”，包括箭頭、分支線、直線等，這些“線”就是概念之間本質(zhì)聯(lián)系的具體化。如遺傳變異的概念模型，人口增長(zhǎng)和開墾土地之間的關(guān)系等。

人教版高中生物必修3“細(xì)胞生活的環(huán)境”中涉及很多概念，如體液、細(xì)胞內(nèi)液、細(xì)胞外液、血漿、組織液、淋巴、內(nèi)環(huán)境等。弄清楚這些概念間的聯(lián)系與區(qū)別是本課學(xué)習(xí)的重點(diǎn)與難點(diǎn)，歷屆學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中都覺得這部分知識(shí)抽象復(fù)雜，難于認(rèn)知。筆者一改以往的講授教學(xué)方法，嘗試?yán)么判攒洶装逡龑?dǎo)學(xué)生建構(gòu)概念模型，收到很好的效果。

首先，教師利用多媒體演示預(yù)設(shè)的核心問題串：什么是體液？細(xì)胞內(nèi)液是什么？細(xì)胞外液是什么？它們之間是什么關(guān)系？人體內(nèi)細(xì)胞生活在什么環(huán)境中？此環(huán)境包括哪些種類？它們之間有什么關(guān)系？……教師以問題為導(dǎo)向，組織學(xué)生以合作學(xué)習(xí)小組為單位，緊扣教材進(jìn)行自主學(xué)習(xí)和思考討論。

其次，各小組派代表進(jìn)行展示，利用小的磁性軟白板，寫上各種核心概念，根據(jù)自己小組討論的結(jié)果擺放位置，并用箭頭（兩側(cè)可用文字描述）標(biāo)出概念間的相互關(guān)系。如有不同觀點(diǎn)，其他組學(xué)生可提出質(zhì)疑或進(jìn)行評(píng)價(jià)。

最后教師給予點(diǎn)評(píng)，并總結(jié)出如圖5所示的概念模型。

反思：構(gòu)建概念模型與繪制概念圖有異曲同工之效果。概念模型的建構(gòu)有利于學(xué)生理解重要概念，掌握知識(shí)體系，也有利于教師突出重點(diǎn)，突破難點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)有效、高效、長(zhǎng)效教學(xué)。利用磁性軟白板構(gòu)建概念模型的優(yōu)點(diǎn)在于能隨時(shí)移動(dòng)和調(diào)整概念的位置，不像繪圖那樣需要擦拭；缺點(diǎn)是不易保留，還得經(jīng)過抄寫或手機(jī)拍攝才能留存。

2.3 利用磁性軟白板建構(gòu)數(shù)學(xué)模型

數(shù)學(xué)模型是根據(jù)對(duì)研究對(duì)象所觀察到的現(xiàn)象及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，歸納形成的一套反映其內(nèi)部因素?cái)?shù)量關(guān)系的數(shù)學(xué)公式、邏輯準(zhǔn)則和具體算法，可用以描述和研究客觀現(xiàn)象的變化規(guī)律。

人教版高中生物必修2教科書中有“用數(shù)學(xué)方法討論基因頻率的變化”這一內(nèi)容，筆者嘗試讓學(xué)生利用磁性軟白板進(jìn)行學(xué)習(xí)與交流。

首先，每個(gè)學(xué)生在磁性軟白板上寫出Aa親本自交產(chǎn)生的F1代的基因型，并計(jì)算其基因型頻率。接著寫出F1代自交產(chǎn)生的F2代的基因型，并計(jì)算其基因型頻率。最后根據(jù)其中的變化規(guī)律寫出第Fn代的基因型，并計(jì)算其基因型頻率。從而構(gòu)建Aa親本連續(xù)自交產(chǎn)生的Fn代AA、Aa、aa基因型頻率的數(shù)學(xué)模型（圖6）。

反思：利用磁性軟白板建構(gòu)數(shù)學(xué)模型與在紙上構(gòu)建相比，具有易擦易寫、便于展示與交流的優(yōu)點(diǎn)。與教師用多媒體演示相比，具有引導(dǎo)學(xué)生自主參與、積極思考，真切體驗(yàn)等優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)然其不易保存的缺點(diǎn)也是顯而易見的，也可以通過抄寫或拍攝來彌補(bǔ)。

磁性軟白板在生物建模中的應(yīng)用例子還很多，比如將多種顏色的磁性軟白板剪成各種染色體形狀（構(gòu)建染色體的物理模型），幫助學(xué)生更好地理解染色體組的概念，還可以讓學(xué)生用來模擬有絲分裂或者減數(shù)分裂的過程，從中構(gòu)建出有絲分裂或減數(shù)分裂過程中染色體、DNA數(shù)量變化的數(shù)學(xué)模型；在磁性軟白板上寫上“糖卡”或者“胰島素”或者“胰高血糖素”構(gòu)建血糖調(diào)節(jié)的模型；學(xué)習(xí)種群特征時(shí)，構(gòu)建種群各數(shù)量特征的概念模型……

模型建構(gòu)是科學(xué)研究的重要方法，是學(xué)生有效學(xué)習(xí)的重要方式，利用磁性軟白板進(jìn)行生物建模的學(xué)習(xí)具有明顯的優(yōu)點(diǎn)，除了以上敘述的方面，還可以緩解預(yù)設(shè)生成之間矛盾。只要教師揚(yáng)長(zhǎng)避短地加以開發(fā)與研究，定能使教學(xué)過程變得更生動(dòng)有趣，使學(xué)生的學(xué)習(xí)過程變得更自主有效。

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