聚焦创新思维的物理模型在生物实验教学中的应用
吴莉君
摘要：高中生物实验教学是培养学生核心素养的重要阵地，为了让学生通过尝试建立物理模型，体验建立物理模型中的思维过程，并获得或巩固有关生物学概念。本文结合案例，适当改进书本部分实验的教学内容和教学方法，引导学生做好模型的设计，尽可能注意物理模型的科学性和实用性，通过培养学生的创新思维来促进学生创造能力的发展。
关键词：物理模型;生物实验教学;创新思维
中图分类号：G633.91 文献标识码：A文章编号：1992-7711（2021）07-095
在高中生物實验教学中，物理模型的建构已成为一种重要的传授知识手段，不仅需要学生了解模型的应用，还注重学生的建模能力和建模思维的训练，这给教师的素质提出了新的要求。
学生在构建物理模型的过程中，不可避免地会面对困惑、失败，但学习的目的不仅在于知识的积累，还在于使身心得到锤炼和发展。因而在大力倡导核心素养的今天，我们要认真领会新课本的精神，增强对学生创新思维的培养，利用现有的资源和条件丰富学生的实验内容，在做中学，在学中思，提升学生的自主探究意识和探究能力等，从而促进教师与学生的交流合作，提高生物实验教学质量。
一、物理模型在高中生物实验教学中的应用
实验教学是促成学生达到生物学核心素养的重要支撑。理解物理模型和领悟物理模型制作方法是实验教学中的重要内容之一，目的是让学生通过尝试建立物理模型，体验建立物理模型中的思维过程，并获得或巩固有关生物学概念。比如“DNA双螺旋结构模型制作”这一内容，笔者在教学过程中通过课前准备，小组合作探究模型制作，师生交流、改正，模型展示评价等方面取得了良好的效果。
1.课前准备
教师先将全班50名同学分成8个学习小组，每组6或7人。准备好以下材料：8套打印的DNA活动剪贴图、不同颜色的A4塑料板、橡皮泥、双面胶、订书钉、毛线、木棍、绳和铁丝等。其中有些材料是经过学生们多次探讨后逐渐加入进去的。
2.制作DNA结构的物理模型
（1）布置任务。
教师向学生提出目标任务：每组制作1个含15个碱基对的DNA片段，看哪个小组制作得科学合理，哪个小组制作的模型有创意，组织学生对照知识点进行自学，发现问题并且尝试解决问题。
（2）讨论设计物理模型。
在讨论的过程中，要引导学生学会自己思考。要让学生自己说出各个组件的形状和数量，以及每种组件所采用形状的具体含义。比如磷酸基团是什么形状的？脱氧核糖是几边形，每条边代表什么含义？等问题，需要学生学习了解的知识就可以穿插在讨论的过程中，让学生在讨论中不知不觉地记住一些重要知识点。
（3）合作制作物理模型。
教师可建议每组按照按讨论设计的图实施以下操作：①选择适宜的材料分别制成磷酸基团、脱氧核糖、4种碱基;②选择恰当的材料代表氢键、磷酸二酯键、氢键将磷酸基团、脱氧核糖、碱基组合在一起;③选择适宜的材料来作为DNA的骨架连接物以便构建DNA双螺旋结构模型。
在实验教学活动过程中，教师要注意观察学生实验时的细节，比如碳原子拼接是否正确，氢键的数量是否正确，教师应该现场及时纠正，让学生们沿着正确的思路互相讨论，在讨论中学会思考，在讨论中学到知识，得出结论。
3.展示物理模型，师生交流评价
物理模型制作好后，可以让同学们互相参观其他小组制作的模型。教师可以从以下几个方面引导小组成员进行交流展示：
（1）制作方法：每个小组制作的模型各有不同，每个小组的每个学生在制作模型的过程中，总能迸发出智慧的点子。要引导学生们多思考，多比较，看看自己小组的制作方法是否还有改进的空间。
（2）小组之间如何分工：每个学生都有自己独特的一面，有的理论知识比较扎实，在制作模型的过程中能随时找到问题的答案;有的动手能力比较强，可以用心灵手巧来描述这类学生;有的沟通能力比较好，能协调好本小组的成员快速完成物理模型的搭建。这就需要每个小组成员之间多沟通，找到对方的优点，通力合作，共同快速、完美的完成自己小组的任务。
（3）小组制作模型时遇到的问题是如何解决的：在制作DNA双螺旋结构模型时，遇到的问题还是挺多的，需要同学们互相交流，把遇到的问题讲出来，以及怎么解决问题的方法也讲出来，这样可以帮助其他小组在以后的实验中遇到同样的问题时能及时地解决。
（4）该模型有哪些亮点：老师要引导学生勇敢的进行评价和自我评价，评价其他小组的模型，找到的优点自己小组可以在以后的实验中引用，找到的缺点也可以在以后的实验中及时避免。
4.总结
在整个改进和创新的过程中，同学们的热情始终不减，每当一个新的点子提出并付诸实施时，他们的脸上都洋溢着满满的自豪感。哪怕以前对生物课没什么兴趣的同学，也被彻底的调动起积极性。经过大家的不懈努力，同学们最后完成的DNA双螺旋结构模型具有如下亮点：
（1）更加体现出DNA双螺旋的结构特点，每一个细微之处都是一处知识点，在制作的过程中，同学们显现出来的严谨态度使得这次实验课更加突出科学性;
（2）最后制作完成的双螺旋结构物理模型更加突出实用性，整个模型便于拆卸和保存，在以后需要用到的时候能够反复使用;
（3）物理模型的制作要考虑成本，最后成功完成的物理模型成本低廉，制作方便，在其他班级或其他学校具有很好的推广性;
（4）同学们在制作过程中，积极参与，自己动手，遇到问题时互相讨论，并不因为困难而退缩，也不因为差不多而将就，这充分体现了同学们在实验过程中的严谨性;
（5）激发同学们的创新思维，开始我准备让同学们制作物理模型时，只考虑了彩纸、胶带和扭扭棒，至于后面使用到的A4塑料片、标签贴纸和铁丝等其他组件都是同学们自己想出来的主意。经过这次实验课，同学们的创新思维让我大吃一惊。在以后的生物教学中，让我更加坚定信心，充分挖掘他们的创造力。
二、对物理模型在實验教学中研究价值的思考
笔者认为，聚焦创新思维的物理模型在生物实验教学中的应用，从区域层面进行实践探索，形成高中生物实验教学整体改革的有益经验并推广辐射，具有十分重要的现实意义。其研究价值和意义主要体现在以下两个方面：
1.丰富“创新思维”的内涵
教育的根本目标是人的发展，根本任务也是为了人的发展，而生物实验教学是培养学生创新思维和实践能力的重要渠道，直接指向人的发展。因此，通过物理模型在实验教学中的研究，在理论上可以进一步丰富“创新思维”的内涵。
2.彰显“物理模型”在生物实验教学的作用
随着新课改的不断深入，生物实验的重要性越来越突出。但当前生物实验教学仍存在很多问题，试验时，学生对照课本步骤，按部就班，机械地做实验而不主动参与设计实验方案。因而要实现真正的全面素质教育，生物实验教学需要整体化改革实践，在高中生物实验教学中，学生主动参与、思考探索，通过对物理模型的设计、建构等研究，有利于培养自身的创新思维。这将优化学生的学习方法，提高自身综合素养。
但是怎么构建物理模型？在构建物理模型的过程中要注意哪些问题？这些都需要我们一一思考。通过构建“DNA分子双螺旋结构”物理模型的成功案例，分析如下：
第一，明确构建物理模型的目的。构建物理模型的目的是为了让学生更容易理解实验中一些抽象的知识点。所以构建物理模型要注重细节，往往一个微不足道的细节就是一个难以理解的知识点。这就要求我们自己动手，不能光凭实验室提供的材料来制作物理模型。
第二，学生在构建物理模型的过程中，不可避免地会遇到一些困惑和失败，但学习的目的不仅在于知识的积累，还在于使身心得到锤炼和发展。老师在这个过程中需要提供支持和鼓励。
第三，巧设问题，构建物理模型。比如本论文提到的构建“DNA分子双螺旋结构”物理模型的过程中，老师要精心策划学生小组讨论一些问题。比如①单体——脱氧核苷酸模型的设计;②一条脱氧核苷酸长链模型的设计;③DNA双链模型的设计;④如何构建DNA的双螺旋物理模型？
第四、在此次构建“DNA分子双螺旋结构”物理模型的过程中，也遇到了一些困难和不足。实验过程中太过于强调铺设，有可能会限制学生的创新思维;在实验开始前的讲解过程中，有些学生知识点掌握不准确，完成任务时欠思考，表述混乱，浪费了不少时间。遇到困难不可怕，关键要找到困难和不足的症结所在，总结经验。
综上所述，聚焦创新思维的物理模型在生物实验教学中的应用是巨大的。物理模型的构建不是照抄书本，需要教师结合学生实际，适当改进高中生物的教学内容和教学方法，明确实验教学中要注重培养学生的创新思维。通过培养学生的创新思维来促进学生创造能力的发展。
（基金项目：南通市教育科学“十三五”规划专项课题《以培养学生创新思维品质为导向的高中生物实验教学实践研究》No.QN2020054）
（作者单位：海安市曲塘中学，江苏 海安226500）
