曹海淵 景改玲
生物教學(xué)中常用的模型有概念模型、數(shù)學(xué)模型和物理模型。不論哪種模型只要運(yùn)用得當(dāng),均可以拓展學(xué)生的知識(shí)面,加深學(xué)生對(duì)相關(guān)知識(shí)的理解,都可起到事半功倍的效果,本文就談?wù)勎锢砟P驮谏锝虒W(xué)中的運(yùn)用。
物理模型在生物教學(xué)中的運(yùn)用有兩方面的作用,一是抽象化,對(duì)于諸多的原型要在分析共性后,經(jīng)簡(jiǎn)化提煉出這些客觀事物的本質(zhì),讓學(xué)生深刻領(lǐng)會(huì)后,便可解決一類問題,這對(duì)于諸多高頻考題特別有用。比如,在生物教學(xué)中常有一類題目以不同的形式呈現(xiàn),有的是線段形式,前半段表示植物處于黑暗條件下,而后半段表示植物處于光照條件下,題目會(huì)要求學(xué)生計(jì)算在光照1小時(shí)內(nèi)植物的總光合速率,而有的題目以實(shí)驗(yàn)的方式來考查學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力,如題目給定氫氧化鈉溶液、碳酸氫鈉溶液、小燒杯、集氣瓶,要求學(xué)生測(cè)出這株植物的總光合速率,不論以哪種形式出現(xiàn),其原理相同。我們先在集氣瓶放置盛有氫氧化鈉的小燒杯和植物后,將其放在黑暗的環(huán)境中,與集氣瓶相連的導(dǎo)管中液滴移動(dòng)了a毫米,這便是呼吸速率。而后將集氣瓶在光下放置1小時(shí),此時(shí)該植物光合作用、呼吸作用同時(shí)進(jìn)行。假設(shè)1小時(shí)內(nèi)液滴移動(dòng)了b毫米,這樣就測(cè)得了凈光合速率,我們將凈光合速率b和呼吸速率a相加便得出了總光合速率。于是通過實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和分析線段的表示法解決了一類問題,這是抽象概括處理問題的方法。二是具體化,比如在教學(xué)中對(duì)于某些過于抽象的問題、科學(xué)概念,假設(shè)、理論或動(dòng)態(tài)變化。如果要正確認(rèn)識(shí)其特點(diǎn),深刻掌握實(shí)質(zhì)。我們便可將其具體化為某一特定的模型。在高中生物教學(xué)中,常用的有絲分裂和減數(shù)分裂過程中染色體的動(dòng)態(tài)變化過程模型以及DNA的雙螺旋模型。這類模型的好處是直觀、形象,有利于學(xué)生清晰地認(rèn)識(shí)抽象微觀的事物。所以在建立模型的過程中,就是一個(gè)思維和行為相統(tǒng)一的過程。通過對(duì)科學(xué)模型的研究來推知某些客觀事物的性能和規(guī)律,借助模型來獲取、拓展和深化對(duì)客觀事物認(rèn)識(shí)的方法,就是科學(xué)研究中常用的模型方法。
物理模型在生物教學(xué)中的應(yīng)用非常廣泛,小到細(xì)胞器,比如線粒體、葉綠體模型,就是借助模型來幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)其結(jié)構(gòu),進(jìn)而理解其功能,從而實(shí)現(xiàn)學(xué)生理解上的結(jié)構(gòu)和功能相適應(yīng)的特點(diǎn)。大到生態(tài)系統(tǒng),如教材上讓學(xué)生動(dòng)手制作生態(tài)瓶,就是充分體現(xiàn)了生物與環(huán)境相適應(yīng)性的特點(diǎn)。由此可見,模型在生物教學(xué)中應(yīng)用之廣泛,作用之重大。因此在生物教學(xué)中合理恰當(dāng)?shù)貞?yīng)用物理模型,對(duì)于促進(jìn)和提高教學(xué)效果的作用是非常明顯的。另外,我們?cè)诶矛F(xiàn)有的物理模型的同時(shí),也可以改造和制作新的模型、模具。比如在“性狀分離比的模擬實(shí)驗(yàn)中”,有甲乙兩個(gè)小桶分別代表卵巢和精巢,每個(gè)小桶內(nèi)放兩種不同顏色的彩球,分別代表雜合子F1產(chǎn)生的兩種配子,分別從兩個(gè)小桶內(nèi)隨機(jī)抓取一個(gè)小球,這表示雌配子和雄配子的隨機(jī)結(jié)合形成合子。需要注意甲乙兩個(gè)小桶中小球總數(shù)可以不相同(原因是精巢中產(chǎn)生的精子數(shù)遠(yuǎn)大于卵巢內(nèi)產(chǎn)生的卵細(xì)胞數(shù)),但每個(gè)小桶中兩種小球的比例一定要為1∶1,對(duì)于該實(shí)驗(yàn)我們也可以改造設(shè)計(jì)成新實(shí)驗(yàn),比如可模擬Dd和dd的個(gè)體間的雜交實(shí)驗(yàn)。模擬時(shí)只需將其中一個(gè)小桶中的小球換成一種顏色的小球,其他過程相同。也可以模擬兩對(duì)相對(duì)性狀的雜合子產(chǎn)生配子的過程,如甲桶放置黃白兩種數(shù)目相等彩球,代表Y,y兩種配子,在乙桶中放置黑綠兩種數(shù)目相等的小球,代表R,r兩種配子,分別從甲乙中抓取的小球可模擬等位基因的分離,抓取的小球放在一起可模擬非等位基因間的自由組合。因此只要善于利用和挖掘教材中已有的模型,可使課堂變得生動(dòng)有趣、事半功倍。
總之,高中生物教學(xué)中涉及的模型遠(yuǎn)不及這些,限于篇幅,本文在此只作簡(jiǎn)要的歸納。我們?cè)诮虒W(xué)過程中,要充分運(yùn)用物理模型,更好地解決一些生物學(xué)實(shí)際問題,使學(xué)生對(duì)生物學(xué)產(chǎn)生更加濃厚的興趣。構(gòu)建物理模型正是拓展學(xué)生的空間想象能力和思維能力的過程。但實(shí)際問題是復(fù)雜多變的,物理模型的構(gòu)建需要學(xué)生同時(shí)具有一定的探索性和創(chuàng)造性。如何將生物學(xué)理論知識(shí)轉(zhuǎn)化為模型,這是對(duì)學(xué)生創(chuàng)造性地解決問題的能力的檢驗(yàn),也是理科教育的重要任務(wù)。用物理模型來描述生命現(xiàn)象,有助于學(xué)生從總體上去認(rèn)識(shí)生命的本質(zhì)。用構(gòu)建模型的辦法來反映生命活動(dòng)的規(guī)律,則更容易被學(xué)生接受,起到事半功倍的效果。因此,生物學(xué)課堂教學(xué)中應(yīng)突出生物學(xué)科的特色,課堂中應(yīng)多展示物理模型來解釋生物學(xué)事實(shí),多運(yùn)用模型方法解決有關(guān)生物學(xué)問題,從而提高課堂效率,發(fā)展學(xué)生思維,提高學(xué)生能力。
注:本文系甘肅省平?jīng)鍪薪逃茖W(xué)規(guī)劃課題(課題立項(xiàng)號(hào):[2018]PLG672)《積極踐行模型法 構(gòu)建生物高效課堂》之論文。
編輯 李琴芳