例谈物理模型在高中生物教学中的应用

福建省南安国光中学  郑梅蓉   362321

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摘  要：物理模型会以简化直观的形式去再现原型的各种复杂的结构和功能，有助于学生对知识的理解。本文结合高中生物教学实践来阐述“物理模型”的应用。

关键词：物理模型   细胞分裂  基因的表达 重组DNA分子

模型是人们为了某种特定目的而对认识对象所做的一种简化的概括性的描述。模型的形式很多，包括物理模型、概念模型、数学模型等，物理模型是以实物或图画形式直观地表达认识对象的特征，它会以简化直观的形式去再现原型的各种复杂的结构和功能。学生在建构模型过程中，会主动地、积极地去思考、探索，对已有的知识进行理解、归纳、提炼，这个过程有助于学生抓住事物的本质特征、加深对知识的理解和记忆，且有助于提高学生的探究能力、团体协作的能力。在教学中，可以引导学生制作模型；也可以由教师制作模型，让学生来演示事物的变化过程，可以达到意想不到的高效。下面就结合教学中的一些实例来谈谈物理模型建构在生物教学中的应用。

1 有丝分裂和减数分裂教学中物理模型的应用

1.1 染色体的制作

用红、绿两种颜色的卡纸剪出细长状的染色质，用黄色卡纸剪出几个小圆片，将小圆片贴在染色体中间来模拟着丝点，在着丝点位置后固定上小磁铁；每条染色体的姐妹染色单体单独剪出，在着丝点位置后同样固定上小磁铁，两条姐妹染色单体的着丝点吸合在一起就可表示复制后的一条染色体。

1.2 有丝分裂过程的演示

在有丝分裂过程中，“染色质、染色体与DNA的关系”是基础，如果教学中将这一点讲解清楚，有助于学生较好地理解有丝分裂的过程。在教学实践中，可以用自制的模型展示出“染色质、染色体与DNA的关系”图解，收到了良好的效果。模型演示过程如下：

将1条细长的染色质模型贴在黑板上，介绍并板书出“着丝点、染色质、DNA的数目”，让学生明白判断染色体数目的依据是着丝点的数目，有几个着丝点就有几条染色体。用2条细长的染色质通过“着丝点”后的磁铁吸合在一起来表示：一条染色质经复制后成为2条，但这2条仍连在同一着丝点上，此时可以引入姐妹染色单体的概念及数目的判断。将吸合在一起的2条姐妹染色单体分开可以模拟：着丝点分裂，姐妹染色单体分开的过程。模型如下图：

演示后，让学生在模型下方写出“着丝点、染色质（或染色体）、DNA、染色单体的数目”。学生通过对教具展示的直观观察，能形象地、深刻的理解“染色质、染色体、DNA、染色单体的关系”，从而为后面对“有丝分裂过程中染色体的行为变化的深入学习及分裂过程中染色体、DNA的变化规律”的学习奠定基础。

1.3 减数分裂过程的演示

在“减数分裂”的教学中，先让学生观看“哺乳动物的精子形成过程”的视频后，在黑板上画出细胞的轮廓，将事先制作好的2对同源染色体模型贴进去，用卡纸后的磁铁控制染色体的行为，演示出：联会现象、同源染色体移到赤道板上、同源染色体的分离和非同源染色体的自由组合现象。之后，让学生说出各时期细胞中同源染色体的对数、染色体、染色单体、DNA的数目，这样有助于学生直观地掌握减数第一次分裂的特点及染色体数目减半的原因。模型如下图：

1.4 学生尝试建构模型

在学习完减数分裂后，可以在年段中举办一个“细胞分裂的模型”大赛，让学生利用周末时间分组分工合作，制作细胞分裂过程的模型，学生可按照自己的思路、自主动手、相互协作来完成。在制作模型过程中，学生可以亲身体验到模型建构过程中的严谨的科学态度及成功的快乐，并能深刻领悟到细胞分裂过程中染色体行为变化的特点，从而活化抽象知识。

2 “翻译过程”教学中物理模型的应用

2.1 模型制作

先打印出一段mRNA上的碱基序列，如“AUG CAC UGG CGU ‥‥‥CUU UAA”，将它贴于一条绿色卡纸条上；用红色卡纸剪出一个核糖体，在核糖体的两侧分别割出一条缝，以便在mRNA上移动；用黄色卡纸剪出8个tRNA（让学生从中选出相应的5个与mRNA进行碱基互补配对），在有反密码子的一端分别贴上“UAC”、“GUG”、“ACC”、“GCA”“GAA”、“AAA”、“CCA”、“GGG”；剪出若干个圆圈，在圆圈上分别标上“甲硫”、“组”、“色”、“半胱”、“亮”、“苯丙”、“甘” “脯”，代表不同种的氨基酸。这种模型制作9套，其中1套在背面贴上磁铁，以便在黑板上模拟操作，其它8套给学生在课堂上分组操作。

2.2 翻译过程的演示

在课堂上，先让学生仔细阅读课本P66图4—6的内容，之后小组成员分工合作，用模型来演示“翻译”的过程，并完成学案中的思考题：思考1、核糖体首先与mRNA的哪一端结合？思考2、tRNA如何将携带的氨基酸准备地放在相应的位置？思考3、两个氨基酸相互结合的方式是什么？产生的化学键是什么？思考4、终止密码子有决定氨基酸吗?学生完成后，请一个小组派代表在黑板上演示，其他小组同学进行评价完善。

在这过程中，学生的兴致非常高涨，积极主动地去合作完成。学生在通过自己动手操作的过程中，不仅深刻地理解了“翻译的过程”，并提升了发散的思维能力，感受到了团体协作的高效和互补的优势。取得了非常好的教学效果。

3 重组DNA分子的模拟操作

3.1 模型的制作

从红色卡纸上剪下3cm×28cm的长条，代表含有目的基因的DNA长链；从绿色卡纸上剪下3cm×10cm的短条，代表细菌的质粒。

3.2 模拟操作

 一样的DNA序列，两者之间有一定的间隔；之后用剪刀和透明胶，参考课本的步骤来模拟“对含目的基因的DNA和质粒进行切割和连接”。这个模拟操作，可以将看不见、摸不着的DNA分子重组技术，形象、直观地进行自我体验，有助于学生对这一重点、难点知识的理解。操作后，完成表格中的内容，表格如下：

这个表格有助于学生在形象化后抽象出核心知识——“三种分子工具”的功能和特性。

4 反思

在生物教学中，制作物理模型是一种重要的学习方法，通过研究模型来揭示原型的特征和本质，让微观、抽象的知识形象化、具体化。既可以训练学生的动手能力，又可以促进学生逻辑思维能力的发展，从而激发学生学习生物的兴趣和大大地提高教学效率。

参考文献

﹝1﹞2007.生物1·分子与细胞·人民教育出版社，54

﹝2﹞﹝美﹞奥尔顿·比格斯著，廖苏梅译，2008﹒生物·生命的动力，浙江教育出版社

﹝3﹞蒋丹﹒2010﹒模型与模型建构在高中生物学教学中的价值﹒生物学教学，第12期：23-24