【摘要】为贯彻高中生物学新课程标准的教学理念，教师需要探寻创新、高效的教学方法，提升课堂教学成效，培养学生的创新意识、动手能力，形成建模的思维能力。在核心素养背景下，教师应重视物理模型教学，引导学生将知识点、技能和规律相结合，融入实际生活中，将获取的信息进行加工、处理，构建相应的物理模型，有效解决生物科学问题，实现对学生科学探究素养的培育。

【关键词】高中生物学；物理模型；科学探究素养

物理模型是指以实物或图标形式来表达认识对象特征的模型。构建物理模型能够丰富课堂教学形式，既能落实探究性实验的研究，也能培育学生的生物学科核心素养。在教学中，构建物理模型有助于学生理解抽象的概念、生物学知识和生理过程，为学生认识事物提供新的方法和思路，培养学生的创新能力，提高观察分析、科学探究等综合能力。

一、构建物理模型的教学实践案例

1.实物制作阶段培养学生物理模型构建水平的实践案例

《尝试制作真核细胞的三维结构模型》选自人教版高中生物学（2019年版）必修1第3章，旨在培养学生的创新思维能力和实践能力。在教学中，教师应充分调动学生的积极性，鼓励学生大胆想象，在不脱离细胞结构本质特征的前提下，利用生活中的材料，以小组为单位制作细胞结构模型。为了让学生充分理解本章的内容和认识细胞器之间的协调配合，教师还可以布置学生自制“生物膜的流动镶嵌模型”和“分泌蛋白的合成过程“，将微观的细胞结构和生理过程形象化，从而使学生全面掌握细胞的基本知识，理解结构与功能的统一关系。

学生自行分组，在对原型有充分了解的基础上结合生活中的灵感，利用橡皮泥、滴胶、泡沫箱等材料进行设计与制作。制作完成后，小组需从科学性、规范性和创新性等方面对作品进行评价。

从学生制作的模型中可以看出，大部分学生能抓住事物的本质特征，模型构建完整程度较高，采用不同颜色的材料对细胞的不同结构进行区分，各结构之间的关系清晰明朗，具有一定的科学性和美观性。这说明通过自主制作物理模型的方式能加深学生对相关知识点的理解。作品也能反映学生对该部分内容是否理解透彻。大部分学生能够将真核细胞的细胞器准确展示出来，大小和比例也适宜；有个别学生制作的植物细胞模型中，在高尔基体的结构上添加了核糖体，说明其并未完全掌握细胞器的内容；有些学生利用橡皮泥和铁丝制作了生物膜流动镶嵌模型，能把蛋白质镶嵌、嵌入和贯穿在磷脂双分子层的三种形式都表现出来，同时制作了糖被，这是比较好的地方。

模型制作可以培养学生多方位获取资料的意识，提高学生的动手能力和创新能力，较为直观地记忆生物学知识点，并且能提升学生的自豪感与满足感，激发学生的学习兴趣，营造良好的探究学习氛围。

2.引导创新阶段培养物理模型构建水平的实践案例

《群落的结构》选自人教版高中生物学（2019年版）选择性必修2第二章第1节，《设计制作生态缸（瓶），观察其稳定性》是第三章第5节，在群落的基础上学习生态系统。教师可引导学生运用比较、分析、归纳等多种思维方法来构建群落、群落的结构、生态位等相关概念，并发展生命观念和科学探究素养等核心素养。

制作生物群落结构模型要求学生根据不同群落的外貌和物种组成特点的不同来完成，比如草原、沙漠、森林、极地等生态系统中的群落，制作时要考虑群落的外貌、物种组成和结构特点，要有一定的合理性和科学性。制作生态缸（瓶）时，学生需考虑生态系统的组成成分，且生态系统可以保持自身结构和功能相对稳定，应遵循生态工程的基本原理。学生可查阅文献、搜集资料、设计科学合理的方案后再进行制作。模型完成后在班级展示，小组之间相互评价，取长补短，讨论模型的优缺点，修改和完善模型。

学生通过合作探究制作了科学、精美的模型，能够通过不同类型的生态系统来展现群落的结构。学生设计的生态缸（瓶）均有生物成分和非生物成分，由于其空间较小，生物成分也较少，有些生态系统维持稳定性的时间不长，仍有待进一步优化。教师通过建立物理模型，将抽象的生物知识进行具体化分析，有利于加深学生对理论知识的理解和记忆，在探索中锻炼自主建模能力和创新能力。

3.科学探究阶段培养物理模型构建水平的实践案例

《基因工程的基本操作程序》选自人教版高中生物学（2019年版）选择性必修3第3章第一节。其中“基因表达载体的构建”是基因工程的核心工作，即将目的基因连接到载体上。原因是游离的DNA片段进入受体细胞后容易被分解，难以随细胞分裂进行复制遗传给下一代。因此，需要构建基因表达载体，从而让目的基因在受体细胞中表达和发挥作用，能稳定存在并遗传给下一代。在构建过程中，学生通常会出现目的基因自连、质粒自连或目的基因与质粒反向连接等问题。这些内容仅靠课件讲授，学生是难以理解的，教师需要引导学生通过动手来体验DNA重组的过程。

在教学过程中，教师可让学生参考教材中“重组DNA分子”的内容，课前先准备好两段DNA序列，先环化质粒，在质粒和目的基因上找到EcoR1限制酶的识别序列（GAATTC）并进行切割，将目的基因片段重组到质粒的切口处，演示DNA重组的模型建构过程。在构建模型过程中，学生不难发现会存在目的基因自连、质粒自连、目的基因与质粒可能反向连接等错误连接的情况。

学生在剪贴过程中，能加深对DNA重组技术的三种“分子工具”的感性认识和记忆，化解学习难点，提升思维能力，并根据建构的模型进行交流评价，培养合作意识和科学探究能力。

二、实践小结

高中生物学教材中概念性的知识较多，且主要涉及生命现象或自然规律。因此，教师可以充分发挥模型构建的价值，将生物学教材中微观的结构和生理过程进行可视化解读，让学生体验概念的形成和基本规律的探究过程，有效突破重难点，提高学习效率。

在模型构建过程中，学生需要对模型的形象进行思考，包括材料选择、模型设计、方法应用等。这些都能很好地提升学生的动手能力、科学探究能力和合作探究能力，有助于发展学生的高阶思维能力，为其未来的深层次学习奠定基础。在核心素养背景下，教师需要注重探索有效的教学方法，在教学中将模型构建与深度学习结合，加强对模型建构教学的研究，帮助学生模拟科研人员的思维，促进学生科学思维的形成，增强学生的社会责任意识。

参考文献：

[1]潘家英.新课程背景下高中生物教学中生物模型的构建策略[J].新智慧， 2021（11）：5-6.

[2]杨旭.基于模型构建的高中生物课堂教学设计——以物理模型在“细胞膜结构的探索”教学中的应用为例[J].高考， 2021（21）：149-150.

[3]Kenyon L.，Davis E. A.，Hug B..Design approaches to support preservice teachers in scientific modeling[J].Journal of Science Teacher Education，2011，22（1）：1-21.

责任编辑    钟春雪