靳迪

模型是人們?yōu)榱四撤N特定目的而對(duì)認(rèn)識(shí)對(duì)象所作的一種簡(jiǎn)化的概括性的描述，這種描述可以是定性的，也可以是定量的；有的借助于具體的實(shí)物或其他形象化的手段，有的則通過(guò)抽象的形式來(lái)表達(dá)?？v觀生物學(xué)科發(fā)展史，各種細(xì)胞器模型，DAN雙螺旋結(jié)構(gòu)，生物流動(dòng)鑲嵌模型，生物群落增長(zhǎng)曲線等等，不一而足，無(wú)不說(shuō)明建模思想和方法在學(xué)科建設(shè)和知識(shí)普及中的重要性、時(shí)效性和必要性。下面就結(jié)合教學(xué)實(shí)際需要，談?wù)劚救擞嘘P(guān)建模的一點(diǎn)具體做法。

一、抓住本質(zhì)，突出主要特征

毋容置疑，氨基酸脫水縮合形成多肽，是高中生物教學(xué)的重點(diǎn)之一，也是主要難點(diǎn)之一。筆者分析認(rèn)為，要讓學(xué)生掌握該過(guò)程，應(yīng)讓學(xué)生在頭腦中建構(gòu)模型，使其對(duì)化學(xué)變化本質(zhì)有一定認(rèn)識(shí)。眾所周知，化學(xué)變化的本質(zhì)，是通過(guò)電子轉(zhuǎn)移形成相對(duì)穩(wěn)定的化學(xué)鍵。于是筆者設(shè)計(jì)如下問(wèn)題：

問(wèn)題1、C元素為何是最基本元素？此問(wèn)旨在讓學(xué)生明確C原子核外最外層有四個(gè)電子，能形成四個(gè)共價(jià)鍵，并由此可形成較長(zhǎng)的C鏈及C環(huán)。

問(wèn)題2、N、H、O等原子分別能形成幾個(gè)共價(jià)鍵？此問(wèn)題旨在舉一反三，鞏固化學(xué)鍵的概念，同時(shí)為問(wèn)題3做鋪墊。

問(wèn)題3、羥基、羧基、氨基的結(jié)構(gòu)符合上述原理嗎？此問(wèn)旨在讓學(xué)生在問(wèn)題2的基礎(chǔ)上水到渠成地認(rèn)識(shí)并理解該三種原子集團(tuán)的合理性。

問(wèn)題4、20種氨基酸的結(jié)構(gòu)符合上述原理嗎？此問(wèn)有在問(wèn)題3的基礎(chǔ)上引領(lǐng)學(xué)生認(rèn)識(shí)并理解氨基酸的結(jié)構(gòu)，同時(shí)涉及到對(duì)氨基酸中可能出現(xiàn)的C鏈和C環(huán)的認(rèn)可和理解。

問(wèn)題5、你能用球棍模型來(lái)表示它們嗎？此問(wèn)旨在通過(guò)物理模型鞏固化學(xué)模型，從而在學(xué)生頭腦中建立氨基酸分子的生物模型。

問(wèn)題6、二肽結(jié)構(gòu)符合上述原理嗎？此問(wèn)旨在讓學(xué)生根據(jù)前述原理探究脫水縮合的過(guò)程。

問(wèn)題7、你能用球棍模型演示脫水縮合的過(guò)程嗎？此問(wèn)主旨同問(wèn)題5。

問(wèn)題8、你能用任意兩個(gè)氨基酸組合出二肽、三肽乃至多肽的結(jié)構(gòu)嗎？此問(wèn)也旨在舉一反三，讓學(xué)生運(yùn)用上述原理解決復(fù)雜問(wèn)題，鞏固認(rèn)識(shí)。

在上例中，筆者首先抓住了化學(xué)變化的電子轉(zhuǎn)移之本質(zhì)，又配套運(yùn)用化學(xué)結(jié)構(gòu)模型和物理模擬模型，從而使電子配對(duì)形成化學(xué)鍵的這一化學(xué)物質(zhì)結(jié)構(gòu)主要特征，逐步在學(xué)生頭腦中準(zhǔn)確建模，這一看似簡(jiǎn)單的做法，不僅較為輕易地突破了脫水縮合這一難點(diǎn)的教學(xué)，而且?guī)椭鷮W(xué)生在共同探討的過(guò)程中較為深刻地理解了生物變化和化學(xué)變化在本質(zhì)上的一致性——這一理解對(duì)后面DNA分子結(jié)構(gòu)、細(xì)胞呼吸、光合作用乃至基因工程技術(shù)的學(xué)習(xí)都大有裨益。

二、巧妙設(shè)計(jì)，剔除干擾因素

眾所周知，很好理解磷脂分子的分層排列，是掌握生物膜流動(dòng)鑲嵌模型的基礎(chǔ)。人教版高中生物必修一的教材的做法是，以科學(xué)探究史告訴學(xué)生，細(xì)胞膜中的磷脂分子必然排列為連續(xù)的兩層，并簡(jiǎn)要提出，磷脂分子頭部親水而尾部疏水，然后讓學(xué)生加以推導(dǎo)。很明顯編者的處理是較為恰當(dāng)和符合新課標(biāo)要求的。但實(shí)踐表明，由于學(xué)生對(duì)疏水性和親水性這一對(duì)概念的模糊認(rèn)識(shí)，導(dǎo)致該推理過(guò)程勉強(qiáng)而不牢固。又由于磷脂分子的分層排列過(guò)于微觀，學(xué)生無(wú)法直接觀察，所以，教師通常的做法是運(yùn)用多媒體課件模型來(lái)輔助教學(xué)。但筆者認(rèn)為，本節(jié)科學(xué)史內(nèi)容較多，用多媒體呈現(xiàn)后必然帶來(lái)視覺(jué)疲勞，再加上多媒體課件模型因其只能觀察而不能動(dòng)手體驗(yàn)，使其對(duì)該問(wèn)題的解決存在很多局限，并且，很多教室是沒(méi)有多媒體設(shè)備的，所以為學(xué)生著想，筆者運(yùn)用類(lèi)比建模思維，將物理學(xué)科教學(xué)中常用的磁體引入生物教學(xué)的模型制作，很好地解決了上述問(wèn)題，具體做法如圖所示：

在中間開(kāi)圓口的圓形紙板中央圓口中放上若干U形磁鐵，N極（用黑色表示）一律對(duì)外。在圓紙板外圍放上若干條形磁鐵，N極（用黑色表示）一律對(duì)準(zhǔn)圓紙板中心。

將若干小磁針在紙板上如圖中左上角位置那樣擺放成兩排（可成兩同心圓周），問(wèn)小磁針的N極（黑色）將如何指向？原因是什么呢？學(xué)生猜想后，由教師按上述要求擺放小磁針，學(xué)生觀察結(jié)果。

用雙面膠在每個(gè)小磁針上貼上事先準(zhǔn)備好的磷脂模型紙片（如圖右下角所示），讓學(xué)生觀察其排列特點(diǎn)。

設(shè)問(wèn)假如把圓紙板內(nèi)外的N極（黑色）分別看成是細(xì)胞內(nèi)外水的環(huán)境，那磷脂分子也能如圖所模擬的那樣排列嗎？

讓學(xué)生親手撥動(dòng)模型中的表示磷脂的紙片，觀察起擺動(dòng)和最終靜止方向，并運(yùn)用磷脂分子特性來(lái)解釋原因。

本例中，筆者通過(guò)與磁極間的相互作用類(lèi)比的這一模型的設(shè)計(jì)，使學(xué)生在饒有興趣的直觀教學(xué)中，體會(huì)了磷脂分子的親水與疏水特性，并觀察到磷脂雙分子層的排列。有必要說(shuō)明的是，該模型的設(shè)計(jì)巧妙之處在于，筆者有意將小磁針和磷脂紙片同時(shí)呈現(xiàn)在該模型上，從而有效避免了學(xué)生因?yàn)閺奈锢硪?guī)律過(guò)渡到生物特性而產(chǎn)生過(guò)多的思維干擾過(guò)程。

三、篩選提煉，從生活中引模

“落紅不是無(wú)情物，化作春泥更護(hù)花”，此為教材中最為經(jīng)典的導(dǎo)入語(yǔ)，它不單創(chuàng)造了意境，引發(fā)了興趣，更重要的是它非常形象地闡釋了物質(zhì)循環(huán)的規(guī)律。有鑒如此，我們可以從生活語(yǔ)言中篩選提煉出有價(jià)值的東西，作為闡釋生物現(xiàn)象和規(guī)律的模型。如運(yùn)用“竹籃子打水一場(chǎng)空”的諺語(yǔ)，將植物細(xì)胞壁類(lèi)比于竹籃子，就輕松地解決了質(zhì)壁分離教學(xué)中學(xué)生對(duì)其伸縮性小并具全透性特點(diǎn)認(rèn)識(shí)不清的問(wèn)題；演示一下“鑰匙開(kāi)鎖”，就輕易地解釋了酶和底物的契合作用；講一下“魔鬼和瓶子”的故事，再用瓶子、瓶身、瓶蓋和進(jìn)出瓶子的魔鬼分別來(lái)類(lèi)比ATP、ADP、Pi和能量，就輕巧地闡明了ATP和能量的關(guān)系；可見(jiàn)，引入這類(lèi)簡(jiǎn)單明了卻有趣又有效的模型的，對(duì)教學(xué)是有事半功倍之效的。所以，我們應(yīng)該注意做有心人，隨時(shí)隨地從生活寶庫(kù)中開(kāi)發(fā)輔助教學(xué)的新資源。