例谈物理模型建构在生物概念教学中的应用
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作者: 俞秋锦
生物学模型是人们为了某种特定目的而对认知对象所做的一种简化的概括性的描述，有的借助于具体的实物或者其他形象化的手段，有的则通过抽象的形式来表达。模型的形式很多，包括物理模型、概念模型、数学模型等。用模型方法探讨生物问题，遵从实验到理论的过程，符合从感性到理性的认知规律，能促进学生认知水平的发展，激发学生思维的兴趣，培养学生的创造能力。当然，运用模型方法进行教学的方面很多，本文就专门从生物学概念教学方面进行了一些探讨，以供研究。
一、巧用物理模型解决核心概念
1.细胞结构
谈到生物，不得不讲的核心概念肯定是细胞结构。细胞是生物体结构和功能的基本单位，但细胞体积小，结构复杂，只有借助电子显微镜才能一探究竟，学生建构这个核心概念就很有难度。而通过自己制作物理模型，就可以将这些问题解决，同时还能对微观世界有较形象的了解。
2.生物膜的流动镶嵌模型
这个核心概念的得出是众多科学家长期探索而来的。了解探索过程就是培养学生的科学思维过程，因此笔者采取了绘图的方式来进行模型建构。
科学史是从19世纪欧文顿做的植物细胞的通透性实验开始的，顺着科学史的展开，学生依次画出了混乱排列的脂质和蛋白质、四种结构的磷脂双分子层的排列模式、蛋白质在两侧磷脂在中间且磷脂尾对尾排列的暗―亮―暗结构、蛋白质部分嵌入或贯穿磷脂的模型四种变化的图，绘图体现了探究的历程。最后，我引申了一下问学生：“你们建构的模型可以变成动态吗？”最后还是有同学奇思妙想，呈现了磷脂分子在流动（尾部摆动），蛋白质分子在运动（箭头表示蛋白质从一处运行到另一处）的“流动镶嵌模型”。
二、巧用物理模型突破难点概念
1.输血、血型、凝集现象
初中生物中有一节内容是“输血与血型”，ABO血型有四种，输血过程中会发生凝集现象，但是对于血型怎么回事，凝集是如何发生的，学生并不是很清楚。笔者曾有幸在一次初中对外公开课中看到了一位老师精心制作的模型：她用橡皮泥制作了三种类型的红细胞，一种是红细胞上无抗原的，一种是红细胞上有用蓝色三角捏上去的抗原的，还有一种是红细胞上有用黄色圆球捏上去的抗原；相对应的只能与蓝色三角相结合的蓝色抗体（在血清中）和只能与黄色圆球相结合的黄色抗体。老师用四只小烧杯呈现了四种血型，让学生观察从而分析清楚了四种血型的组成。而当不同的血混在一起后，相应的抗原抗体就会结合（蓝色的三角和蓝色形状的抗体结合，黄色圆点和黄色形状的抗体结合），这就是凝集现象，学生也就懂得了输血要输同型血的原则。通过这样一个模型学生自己观察，亲自操作，难点概念自然迎刃而解。
2.解旋酶、限制酶和DNA连接酶
在高中生物中，这三种酶是学生容易搞错的难点。其实，在清楚DNA结构组成后这就不算难点，但由于DNA结构本身比较抽象，学生没有空间概念。而模型就有这个好处，可以通过学生的摸索建立空间概念。笔者曾经在上课过程中用纸做的模型来解决这个难点，显示详细的结构，然后让学生用剪刀来进行操作，进而解决多种酶作用位点。通过合作摸索和互相对比，学生就理解了这几种酶的概念。
三、妙用物理模型辨析易混概念
1.DNA连接酶和DNA聚合酶
借助我们的纸模型，这样的易混概念也就清晰明确了。当然，这两个概念主要借助了透明胶黏合来表示酶作用的位点。通过已经“切”好的DNA的片段，让学生用胶带黏合，通过操作，学生很轻易地就明白了连接酶是连接两个DNA片段的，作用位点是两个特定位置的磷酸二酯键；而聚合酶的作用位点，是将单个的脱氧核苷酸连接成DNA片段的，作用位点是每个脱氧核苷酸间的磷酸二酯键。
2.染色体和染色质
相信，为了辨析清楚这两个概念，很多模型都被不同老师引用过。例如，最经典的用电话线和电话线圈来比喻，但我觉得这个比喻并不是很贴切，只是借用了“形”，而没有考虑实际组成，学生听了会觉得染色质就是一样东西构成的，对教材要求掌握的染色质是由DNA和蛋白质构成的这个内容就会忽视。因此，模型建构有时还要考虑准确性。而最近在做女生的串珠子手工时，我忽然间就对这两个概念有了新的模型建构的想法，并且实施了。我给学生现场演示了串珠过程，并且让他们对应相应的概念进行理解。首先一条串珠的线，这个就相当于DNA，为了稍微逼真点，我还特意用两股线缠绕成螺旋状，让学生感受DNA是两条链的，是双螺旋结构的；在不同的地方穿上珠子，代表蛋白质，用不同形状和大小的珠子表示不同空间结构的蛋白质；穿好后长长的一条项链就表示染色质了（呈细丝状）。有时，这条项链要变成珠花或者手串，就要将长长的项链折叠盘旋，这样就表示变成了染色体（呈缩短变粗的棒状）。
参考文献：
施德明.高中生物模型方法教学及策略[J].科学教育，2008（1）：10-11.
编辑 薄跃华
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