自主构建模型在高中生物教学中的应用 论文

自主构建模型在高中生物教学中的应用摘要：本文分析学生自主构建生物物理模型的案例和过程，通过构建模型和直接认知模型，来把握生物学相关概念，培养学生的构建思维和构建能力，有利于培养学生的生物学科素养，并充分进行了美育和劳育。关键词：模型构建，高中生物，学科素养，美育，劳育引言：人教版必修一教材中概述了模型的概念，模型是人们为了某种特定目的而对认识对象所作的一种简化的概括性的描述。这种描述可以是定性的，也可以是定量的；有的借助于具体的实物或其他形象化的手段，有的则通过抽象的形式来表达。模型的形式很多，其中以实物或直观的形式直接表达认识对象的特征，这种模型就是物理模型。学生自主构建模型的过程中，在科学思维、探究能力以及社会责任方面都会得到能力都会得到提高，在实践中，应以易取材、可创新为原则，让学生自主构建模型，培养学生严谨的科学态度和执著的精神，增强合作意识。本文将结合笔者的教学实践，分享在真核细胞结构、减数分裂与受精作用、DNA分子结构这三节课的教学中，学生自主构建教学模型辅助教学的实例。一、模型构建的实例1——制作真核细胞的三维结构模型学生由初中刚刚过渡到高一，如何让学生爱上生物课堂进而爱上生物学科呢？本节课的课程标准主要内容：为帮助学生达到对概念（细胞是生物体结构与生命活动的基本单位）的理解，应开展一系列教学活动，其中之一为尝试制作真核细胞的结构模型。1.本节课的模型制作在讲解各细胞器时，学生边阅读书本材料文字，边制作模型，每组发放颜色多样的橡皮泥。例如在讲解线粒体时，先展示几个问题：①通过图示观察，你发现线粒体结构如何？像什么样子？几层膜呢？②内膜与外膜的面积谁更大呢（教师拓展内外膜概念）？制作时如何体现内膜面积更大呢？③你能尝试着做出来线粒体吗？带着问题，学生开始阅读材料，经过小组讨论探究，开始制作线粒体的结构模型。在上述细胞器构建成功以后，教师继续引导学生自主构建细胞膜、细胞壁、细胞核的结构模型，并引导学生可以根据自己的审美去搭配颜色组合以及相关的细胞结构的位置摆放。最后要求学生进行清理以及垃圾分类。2.本模型制作后的反思学生做8个细胞器的结构需要较长时间。可以适当让学生在周末或者课后时间，先试着做一些模型，如中心体、核糖体等。有学生想用废旧材料做模型，是个很创新的想法，还有学生说用气球代替液泡，既有颜色又可以感知大小。在以后的教学中，可以继续改进。本节课通过构建并使用细胞结构模型，学生已经可以阐明细胞各部分结构通过分工合作，形成相互协调的有机整体，以实现细胞水平的各项生命活动。二、模型构建实例2——制作减数分裂各时期染色体，模拟减数分裂各时期染色体行为本节课减数分裂和受精作用的过程是教学的难点，主要是从细胞水平和分子水平阐述生命的延续性。本节内容对于学生理解生命的延续和发展，认识生物界及生物多样性形成生物进化的观点，树立正确的自然观有重要意义；新课程标准的要求之一是运用模型、装片或视频观察模拟减数分裂过程中染色体的变化。1.本节课模型制作制作同源染色体：学生用不同颜色搭配，代表染色体来源不同。染色体大小几乎一致，在捏制时，学生用橡皮泥操作更方便，大小可随意捏制，颜色可根据自己的审美随意搭配。制作非同源染色体：制作时，不同的大小是重点，学生自主捏制出各种大小不同染色体，边捏制边与同源染色体进行对比。制作染色单体：染色体的复制在必修一有丝分裂中已有所涉及，故在制作方面相对简单，着丝点以及两姐妹染色单体在颜色和大小上应保持一致。模拟同源染色体的行为：学生自主捏制好相应的染色体和染色单体后，开始在课桌上展示出联会现象，同源染色体的分离以及非同源染色体的自由组合现象，减数第一次分裂染色体数目变化情况如何？如何模拟着丝点分裂？如何模拟配子的形成？以及受精作用的整个过程该如何用模型来体现呢？学生开始了他们的制作。2.本模型制作后的反思减数分裂的过程是人教版高中生物必修二中的一个重点难点内容。本模型的构建过程加深了学生对减数分裂过程的理解，并让学生形象直观感知到配子中染色体组合的多样性，学生在动手捏制橡皮泥过程中，对同源染色体、非同源染色体、联会现象等核心概念更加充分地理解，与同学之间相互配合制作，体验了合作探究，制作的配子进行对比，体会到配子具有多样性的特点，认真数清染色体、DNA、染色体单体的数目。在此基础上，数目关系也更直观，方便突破另一难点。而且以后接下来可以进行基因标注，帮助学生对基因在染色体上的理解。不足和改进：橡皮泥容易干燥，不可重复用，可再选用更佳的材料。学生对打扫卫生不够主动，教师要积极引导，及时进行劳育，养成垃圾分类的习惯。三、模型构建实例3——制作DNA分子结构的模型人教版《遗传与进化》模块中的《NDA分子的结构》中，课程标准要求主要为：概述DNA分子是由四种脱氧核苷酸构成，通常由两条碱基相互配对的反向平行长链形成双螺旋结构，碱基的排列顺序编码了遗传信息。在教学中，为了帮助学生理解，促进学生生物学科素养的提升，应开展的教学活动之一是制作DNA分子双螺旋结构模型。美国BSCS开发的5E教学模式，基于构建主义，以学生为中心，以学生小组合作学习的方式进行调查和实验来解决问题，包括参与、探究、解释、扩展和评价五个阶段，旨在促进学生自主构建学科知识体系，突破重难点。1.第一个模型制作学生自主阅读材料：威尔金斯给沃森的灵感、富兰克林DNA衍射图谱、奥地利著名生物化学家查哥夫带来的好消息等。小组讨论总结归纳出DNA分子的结构。教师展示DNA双螺旋结构模型组件，每个组件的配置如下：脱氧核酸20个、腺嘌呤5个、胸腺嘧啶5个、胞嘧啶5个、鸟嘌呤5个、磷酸22个、粗棒20个、细棒40个。小组合作探究组装，学生非常开心，积极主动进行组装。2.第二个模型制作在小模型的基础上，笔者又展现了大型DNA模型教具，让学生们拆卸后，又一块块想办法进行组装，让学生组内探讨，碱基与碱基之间怎么拼？排列在DNA分子外侧的结构即DNA分子骨架如何拼成？立体的双螺旋结构应如何通过组装展示出来呢？带着这些问题，学生之间先分组讨论该如何做，然后进行操作。3.本模型制作后的反思本活动达到了预期目标，学生通过构建模型，体验了构建模型中的思维过程，领悟到构建模型是我们认识事物的一种手段，借助此模型，学生对DNA分子结构特点认识和理解由抽象上升到具体，由现象上升到本质。如学生在组建时，注意到碱基和脱氧核糖结合为核苷；碱基、磷酸和脱氧核糖结合为核苷酸；碱基的配对原则；多核苷酸单链、双链；DNA双螺旋结构以及每组学生制成的DNA碱基对的排列顺序各不相同，进一步帮助学生理解DNA分子结构具有多样性这个结构特点。不足及注意事项：DNA分子模型的拆卸速度很快，但装配过程学生做起来时间特别漫长，需给予学生更充分的时间，比如课下学生仍可以继续组装。整个过程下来，学生感受到了科学家的耐心与毅力，试想在不够发达的1950年左右，沃森、克里克在没有DNA实物参考的情况下，能制作出肉眼看不到的细胞中的DNA分子双螺旋结构模型，是多么伟大的生物学家啊！学生经过亲身操作，体会到了科学家身上应具备的优良品质，为以后的梦想埋下了一颗种子，下面是学生在纸条上写下的他们认为科学家应具备的品质。依据新课标要求，在学生已有知识背景下，对书本知识进行模型构建，将教材中抽象知识具体化，让学生学会利用身边的材料去解决抽象的知识，激发学生学习动力，这几节课所用到的物理模型实物，帮助学生呈现出三维立体结构，在小组合作探究中领会生物之美，生命之神奇。通过自己亲手构建模型，印象深刻，有些学生说他将终生难忘。学生核心素养的教育是未来教育发展的方向，符合未来社会人才发展要求，将核心素养理念融入到高中生物学科教学中，对于学生综合能力的发展是必要的，而模型构建方法对培养学生核心素养有重要价值。综上所述，模型构建可促进学生的核心素养的培养，特别在科学思维能力方面起着重要作用，高中生物教材中有很多模型可构建，模型的形式很多，包括物理模型、概念模型、数学模型等