聚焦創新思維的物理模型在生物實驗教學中的應用

吳莉君

摘要：高中生物實驗教學是培養學生核心素養的重要陣地，為了讓學生通過嘗試建立物理模型，體驗建立物理模型中的思維過程，并獲得或鞏固有關生物學概念。本文結合案例，適當改進書本部分實驗的教學內容和教學方法，引導學生做好模型的設計，盡可能注意物理模型的科學性和實用性，通過培養學生的創新思維來促進學生創造能力的發展。

關鍵詞：物理模型;生物實驗教學;創新思維

中圖分類號：G633.91 文獻標識碼：A文章編號：1992-7711（2021）07-095

在高中生物實驗教學中，物理模型的建構已成為一種重要的傳授知識手段，不僅需要學生了解模型的應用，還注重學生的建模能力和建模思維的訓練，這給教師的素質提出了新的要求。

學生在構建物理模型的過程中，不可避免地會面對困惑、失敗，但學習的目的不僅在于知識的積累，還在于使身心得到錘煉和發展。因而在大力倡導核心素養的今天，我們要認真領會新課本的精神，增強對學生創新思維的培養，利用現有的資源和條件豐富學生的實驗內容，在做中學，在學中思，提升學生的自主探究意識和探究能力等，從而促進教師與學生的交流合作，提高生物實驗教學質量。

一、物理模型在高中生物實驗教學中的應用

實驗教學是促成學生達到生物學核心素養的重要支撐。理解物理模型和領悟物理模型制作方法是實驗教學中的重要內容之一，目的是讓學生通過嘗試建立物理模型，體驗建立物理模型中的思維過程，并獲得或鞏固有關生物學概念。比如“DNA雙螺旋結構模型制作”這一內容，筆者在教學過程中通過課前準備，小組合作探究模型制作，師生交流、改正，模型展示評價等方面取得了良好的效果。

1.課前準備

教師先將全班50名同學分成8個學習小組，每組6或7人。準備好以下材料：8套打印的DNA活動剪貼圖、不同顏色的A4塑料板、橡皮泥、雙面膠、訂書釘、毛線、木棍、繩和鐵絲等。其中有些材料是經過學生們多次探討后逐漸加入進去的。

2.制作DNA結構的物理模型

（1）布置任務。

教師向學生提出目標任務：每組制作1個含15個堿基對的DNA片段，看哪個小組制作得科學合理，哪個小組制作的模型有創意，組織學生對照知識點進行自學，發現問題并且嘗試解決問題。

（2）討論設計物理模型。

在討論的過程中，要引導學生學會自己思考。要讓學生自己說出各個組件的形狀和數量，以及每種組件所采用形狀的具體含義。比如磷酸基團是什么形狀的？脫氧核糖是幾邊形，每條邊代表什么含義？等問題，需要學生學習了解的知識就可以穿插在討論的過程中，讓學生在討論中不知不覺地記住一些重要知識點。

（3）合作制作物理模型。

教師可建議每組按照按討論設計的圖實施以下操作：①選擇適宜的材料分別制成磷酸基團、脫氧核糖、4種堿基;②選擇恰當的材料代表氫鍵、磷酸二酯鍵、氫鍵將磷酸基團、脫氧核糖、堿基組合在一起;③選擇適宜的材料來作為DNA的骨架連接物以便構建DNA雙螺旋結構模型。

在實驗教學活動過程中，教師要注意觀察學生實驗時的細節，比如碳原子拼接是否正確，氫鍵的數量是否正確，教師應該現場及時糾正，讓學生們沿著正確的思路互相討論，在討論中學會思考，在討論中學到知識，得出結論。

3.展示物理模型，師生交流評價

物理模型制作好后，可以讓同學們互相參觀其他小組制作的模型。教師可以從以下幾個方面引導小組成員進行交流展示：

（1）制作方法：每個小組制作的模型各有不同，每個小組的每個學生在制作模型的過程中，總能迸發出智慧的點子。要引導學生們多思考，多比較，看看自己小組的制作方法是否還有改進的空間。

（2）小組之間如何分工：每個學生都有自己獨特的一面，有的理論知識比較扎實，在制作模型的過程中能隨時找到問題的答案;有的動手能力比較強，可以用心靈手巧來描述這類學生;有的溝通能力比較好，能協調好本小組的成員快速完成物理模型的搭建。這就需要每個小組成員之間多溝通，找到對方的優點，通力合作，共同快速、完美的完成自己小組的任務。

（3）小組制作模型時遇到的問題是如何解決的：在制作DNA雙螺旋結構模型時，遇到的問題還是挺多的，需要同學們互相交流，把遇到的問題講出來，以及怎么解決問題的方法也講出來，這樣可以幫助其他小組在以后的實驗中遇到同樣的問題時能及時地解決。

（4）該模型有哪些亮點：老師要引導學生勇敢的進行評價和自我評價，評價其他小組的模型，找到的優點自己小組可以在以后的實驗中引用，找到的缺點也可以在以后的實驗中及時避免。

4.總結

在整個改進和創新的過程中，同學們的熱情始終不減，每當一個新的點子提出并付諸實施時，他們的臉上都洋溢著滿滿的自豪感。哪怕以前對生物課沒什么興趣的同學，也被徹底的調動起積極性。經過大家的不懈努力，同學們最后完成的DNA雙螺旋結構模型具有如下亮點：

（1）更加體現出DNA雙螺旋的結構特點，每一個細微之處都是一處知識點，在制作的過程中，同學們顯現出來的嚴謹態度使得這次實驗課更加突出科學性;

（2）最后制作完成的雙螺旋結構物理模型更加突出實用性，整個模型便于拆卸和保存，在以后需要用到的時候能夠反復使用;

（3）物理模型的制作要考慮成本，最后成功完成的物理模型成本低廉，制作方便，在其他班級或其他學校具有很好的推廣性;

（4）同學們在制作過程中，積極參與，自己動手，遇到問題時互相討論，并不因為困難而退縮，也不因為差不多而將就，這充分體現了同學們在實驗過程中的嚴謹性;

（5）激發同學們的創新思維，開始我準備讓同學們制作物理模型時，只考慮了彩紙、膠帶和扭扭棒，至于后面使用到的A4塑料片、標簽貼紙和鐵絲等其他組件都是同學們自己想出來的主意。經過這次實驗課，同學們的創新思維讓我大吃一驚。在以后的生物教學中，讓我更加堅定信心，充分挖掘他們的創造力。

二、對物理模型在實驗教學中研究價值的思考

筆者認為，聚焦創新思維的物理模型在生物實驗教學中的應用，從區域層面進行實踐探索，形成高中生物實驗教學整體改革的有益經驗并推廣輻射，具有十分重要的現實意義。其研究價值和意義主要體現在以下兩個方面：

1.豐富“創新思維”的內涵

教育的根本目標是人的發展，根本任務也是為了人的發展，而生物實驗教學是培養學生創新思維和實踐能力的重要渠道，直接指向人的發展。因此，通過物理模型在實驗教學中的研究，在理論上可以進一步豐富“創新思維”的內涵。

2.彰顯“物理模型”在生物實驗教學的作用

隨著新課改的不斷深入，生物實驗的重要性越來越突出。但當前生物實驗教學仍存在很多問題，試驗時，學生對照課本步驟，按部就班，機械地做實驗而不主動參與設計實驗方案。因而要實現真正的全面素質教育，生物實驗教學需要整體化改革實踐，在高中生物實驗教學中，學生主動參與、思考探索，通過對物理模型的設計、建構等研究，有利于培養自身的創新思維。這將優化學生的學習方法，提高自身綜合素養。

但是怎么構建物理模型？在構建物理模型的過程中要注意哪些問題？這些都需要我們一一思考。通過構建“DNA分子雙螺旋結構”物理模型的成功案例，分析如下：

第一，明確構建物理模型的目的。構建物理模型的目的是為了讓學生更容易理解實驗中一些抽象的知識點。所以構建物理模型要注重細節，往往一個微不足道的細節就是一個難以理解的知識點。這就要求我們自己動手，不能光憑實驗室提供的材料來制作物理模型。

第二，學生在構建物理模型的過程中，不可避免地會遇到一些困惑和失敗，但學習的目的不僅在于知識的積累，還在于使身心得到錘煉和發展。老師在這個過程中需要提供支持和鼓勵。

第三，巧設問題，構建物理模型。比如本論文提到的構建“DNA分子雙螺旋結構”物理模型的過程中，老師要精心策劃學生小組討論一些問題。比如①單體——脫氧核苷酸模型的設計;②一條脫氧核苷酸長鏈模型的設計;③DNA雙鏈模型的設計;④如何構建DNA的雙螺旋物理模型？

第四、在此次構建“DNA分子雙螺旋結構”物理模型的過程中，也遇到了一些困難和不足。實驗過程中太過于強調鋪設，有可能會限制學生的創新思維;在實驗開始前的講解過程中，有些學生知識點掌握不準確，完成任務時欠思考，表述混亂，浪費了不少時間。遇到困難不可怕，關鍵要找到困難和不足的癥結所在，總結經驗。

綜上所述，聚焦創新思維的物理模型在生物實驗教學中的應用是巨大的。物理模型的構建不是照抄書本，需要教師結合學生實際，適當改進高中生物的教學內容和教學方法，明確實驗教學中要注重培養學生的創新思維。通過培養學生的創新思維來促進學生創造能力的發展。

（基金項目：南通市教育科學“十三五”規劃專項課題《以培養學生創新思維品質為導向的高中生物實驗教學實踐研究》No.QN2020054）

（作者單位：海安市曲塘中學，江蘇 海安226500）