物理模型在生物教学中的运用

模型在生物学教学中扮演着极其重要的作用，模型是连接抽象概念和学生理解之间的重要桥梁，生物学中的很多过程发生在微观层面，难以直接观察或实验，模型提供了一种简化和可视化的手段，使学生能够理解预测和推理这些复杂的关系， 生物学中的模型主要包括物理模型，数学模型，概念模型。物理模型在教学中让学生能更直观的理解所学知识。可以将模型巧妙运用的课堂教学，例如细胞膜的结构，减数分裂，染色体体数目变异的教学中利用物理模型会让学生更容易理解。

一、细胞膜结构的探究历程

细胞膜的结构最早赘述到 19 世纪科学家认为细胞膜是系统的边界，关于细胞膜化学本质的探索，最初是欧文顿的物质透过性实验，发现脂溶性物质更容易透过细胞，由此推论出细胞膜由脂质组成，戈特和格伦德尔通过特定的方法提取出脂质，铺展在水面，测得单层面积为红细胞面积的恶倍，由此推论细胞膜由两层脂质分子构成，随着深入研究进一步确定为磷脂。从这里开始就可以引入模型教学了。用黄色卡纸剪出磷脂的模型（圆形头部和两条尾部）

让学生摆出磷脂分子在水面上，在水中，及有苯的水中的排布方式。6个学生为一组讨论摆出，以上的排布方式，让其中一组学生在黑板上摆出，并加以修正

罗伯特森用电镜观察到细胞膜的暗 - 亮 - 暗结构，提出了细胞膜的蛋白质 - 脂质 - 蛋白质的模型，用蓝水卡纸剪出各种蛋白质，让学生进一步构建蛋白质 - 脂质 - 蛋白质模型。教师加以修正。该模型是静态的，无法解释变形虫的运动，细胞的分裂等现象。于是提出流动镶嵌模型，用红色的六边形代表糖类，让学生进一步构建流动镶嵌模型，阅读课本构建出蛋白质的三种分布。

利用模型构建细胞膜结构的探索历程，学生对于细胞膜的结构发现过程更加直观，培养了辩证思维，分析问题和解决问题的能力

二、减数分裂的过程

选择两种颜色（黄色和红色）的卡纸，分别剪出两种形状。一共 8 条染色体，红色大的 2 条，黄色 2 条，红色小的 2 条，黄色的 2 条。可以构建两个四分体。6 个同学为 1 个小组，教师讲述每个阶段的特点，学生利用染色体模型构建，教用的模型可以准备多个，让学生在黑板上摆出各个时期的染色体，下图是其中的某些时期，依次为减数第一次分裂前期，减数第一次分裂中期，减数第一次分裂后期，减数第二次分裂后期

三、染色体组、二倍体及三倍体的形成过程

利用减数分裂染色体的模型进一步构建染色体组。染色体组对于学生来说总是一个难点，学生难以理解染色体组的定义。每 6 个学生为一组，每组两种形状，每种形状的每种颜色 4 条，一共 16 条染色体，让每组学生摆出一个染色体组，两个染色体组，三个染色体组

继续利用染色体模型模拟二倍体，三倍体和四倍体的形成过程

二倍体形成的过程：两个含有一个染色体组的配子结合的受精卵发育而来的就是二倍体

三倍体形成的过程 ： 含有一个染色体组的配子和两个染色体组的配子结合的受精卵发育而来的就是三倍体

四倍体形成的过程 ： 含有两个染色体组的配子和两个染色体组的配子结合的受精卵发育而来的就是三倍体

除了以上实例外，模型在高中生物学中的应用还有很多，例如：细胞结构，可以让学生利用橡皮泥制作植物细胞，动物细胞模型，甚至可以让学生单独制作重要的细胞器和细胞结构，例如线粒体、叶绿体和细胞核等。讲述 DNA 分子的结构时，可以让学生自己构建 DNA 分子的双螺旋结构。基因表达中的翻译过程也可以让学生构建模型，主要部件为 mRNA，核糖体，tRNA 让学生动手构建模拟翻译的过程，模拟该过程可以让学生深刻理解核糖体如何在mRNA 上移动。

在构建物理模型时，科学性是第一重要的，比如细胞的结构模型中，细胞核应该是最大的，其次是内质网和高尔基体，核糖体是最小的，只能以点状代替。细胞膜结构模型中，磷脂双分子层为基本支架，亲水端的头部和疏水端的尾部设计要合理，蛋白质的形状要有多种。在科学的基础上才考虑美观及颜色搭配方面。

物理模型不是任何一个教学内容都能适用，要根据教学内容和学生的情况进行选择，物理模型虽然有很多优点，但是也不能完全代替其他教学方法，在应用物理模型时，要结合讲授法，讨论法等其他教学方法，并让学生将这一模型涉及的知识点进行总结，转变成文字形式一方便应用。

高中生物教学中引入物理模型有助于学生学习兴趣的激发与保持，有助于学生综合学习能力的提升，有助于帮助学生理解抽象概念，让学生在快乐中学习，在轻松愉快的氛围之中掌握重难点知识，使知识不再是枯燥无味的，而是生动有趣的，同时可以培养学生的动手能力和创新能力。

参考文献：

[1] 魏学莲 核心素养下模型构建在高中生物教学中的尝试运用——以减数分裂和有丝分裂的模块复习为例[J]. 新课程，2020（46）：29