高中生物物理思維在生物教學(xué)中的滲透

1、物理思維在生物教學(xué)中的滲透（浙江*金華） 在“3+綜合”高考模式指導(dǎo)下，對(duì)學(xué)生綜合素質(zhì)的培養(yǎng)提到了尤為重要的地位。如何培養(yǎng)高素質(zhì)創(chuàng)造性的復(fù)合型人才，是我們每一位教育工作者需要認(rèn)真思考并大膽實(shí)踐的。因而在高中生物教學(xué)過(guò)程中，本人也經(jīng)常借助物理、化學(xué)知識(shí)解決一些生物問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生多角度、多層面的思考問(wèn)題，實(shí)踐證明學(xué)生的收獲非同尋?！，F(xiàn)把本人利用物理知識(shí)解決生物問(wèn)題的一些實(shí)踐介紹給大家，以期拋磚引玉。1 利用物理知識(shí) 明晰生物概念生物學(xué)中某些概念的理解可以與物理學(xué)中的某些概念進(jìn)行類比，幫助學(xué)生突破生物思維上的障礙。例如在講授細(xì)胞周期概念時(shí)，學(xué)生往往難以理解。經(jīng)過(guò)幾年的教學(xué)總結(jié)和比較，本人利用物理學(xué)中

2、的振動(dòng)周期概念與細(xì)胞周期的概念進(jìn)行類比，收到很好的教學(xué)效果。振動(dòng)周期的概念是：做簡(jiǎn)諧振動(dòng)的物體完成一次全振動(dòng)所需的時(shí)間。如圖1所示，物體從AOBOA為一次全振動(dòng)。細(xì)胞周期的概念是：進(jìn)行連續(xù)分裂的細(xì)胞，從一次分裂完成時(shí)開始到下一次分裂完成時(shí)為止。在學(xué)生對(duì)細(xì)胞分裂過(guò)程尚未了解的情況下要理解細(xì)胞周期的概念是比較困難的，而學(xué)生對(duì)振動(dòng)周期的概念在高一時(shí)已經(jīng)掌握，此時(shí)，我把振動(dòng)周期的概念演化為：進(jìn)行連續(xù)做簡(jiǎn)諧振動(dòng)的物體，從一次全振動(dòng)完成時(shí)開始到下一次全振動(dòng)完成時(shí)為止。如圖2所示。那么，細(xì)胞周期的概念也就迎刃而解了。如圖3所示。再如，可以用物理學(xué)中的杠桿原理中的“支點(diǎn)”與生物學(xué)中的“肘關(guān)節(jié)”類比，有利于學(xué)生

3、對(duì)“肘關(guān)節(jié)”概念的理解。學(xué)生利用原有的知識(shí)去構(gòu)建新知識(shí)，符合建構(gòu)主義理論，學(xué)習(xí)的效果較好。 圖1 圖2 圖3 2 利用物理知識(shí) 透析生物生理對(duì)某些生物生理過(guò)程的理解，必需要滲透物理知識(shí)才能向?qū)W生解釋清楚。例如植物生理中有關(guān)根的向地性的問(wèn)題。如圖4所示。水平桌面上放一豆芽菜，請(qǐng)預(yù)測(cè)一段時(shí)間后根的生長(zhǎng)方向。分析：根內(nèi)生長(zhǎng)素由于受到重力作用，向地面生長(zhǎng)素分布較多，背地面生長(zhǎng)素分布較少，而由于根對(duì)生長(zhǎng)素敏感，較多生長(zhǎng)素對(duì)根起抑制作用，所以一段時(shí)間后豆芽菜根向地生長(zhǎng)。如圖5所示。如果把豆芽菜放到一正在做勻加速轉(zhuǎn)動(dòng)的圓盤上，如圖6所示，請(qǐng)預(yù)測(cè)一段時(shí)間后根的生長(zhǎng)方向。分析：豆芽菜放到一正在做勻加速轉(zhuǎn)動(dòng)的圓盤

4、上后，對(duì)豆芽菜的受力情況進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)豆芽菜水平方向上受力情況與靜止?fàn)顟B(tài)下比較有變化，而在豎直方向上受力情況與靜止?fàn)顟B(tài)下相同，所以一段時(shí)間后根向地生長(zhǎng)。如果把圖4所示裝置移至太空中，豆芽菜處于失重狀態(tài)，則根水平向左生長(zhǎng)。與以上分析相似的問(wèn)題如圖7所示，預(yù)測(cè)植物根的生長(zhǎng)方向。以上問(wèn)題均要借助于物理學(xué)中的動(dòng)力學(xué)知識(shí)才能解釋清楚。再如，在講到成熟植物細(xì)胞滲透吸水時(shí)要用到物理學(xué)中的分子運(yùn)動(dòng)論知識(shí)、在講到基因突變?nèi)斯ふT變時(shí)涉及到原子物理學(xué)知識(shí)等。運(yùn)用物理知識(shí)分析生物學(xué)問(wèn)題，可以培養(yǎng)學(xué)生的知識(shí)遷移能力。 圖4 靜止 整個(gè)裝置繞OO軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng) 圖7 3 利用物理知識(shí) 突破生物難點(diǎn)在解決生物教學(xué)中的某些難點(diǎn)時(shí)

5、，物理知識(shí)可以起到畫龍點(diǎn)睛的作用。例如植物通過(guò)光合作用把光能轉(zhuǎn)變成電能的過(guò)程，教科書上是這樣解釋的：在光的照射下，少數(shù)處于特殊 狀態(tài)下的葉綠素a，連續(xù)不斷地丟失電子和獲得電子，從而形成電子流，使光能轉(zhuǎn)換成電能。僅僅這樣解釋，學(xué)生還是較難理解。為了突破此難點(diǎn)，教師們圖文并茂地加以分析，并引入最初電子供體和最終電子受體等生物名詞進(jìn)行解釋，希望學(xué)生能夠理解和掌握。但是，得失電子的知識(shí)在化學(xué)學(xué)科中涉及較多，在學(xué)生的腦海里很難形成電流模型。如果在此時(shí)加上一句物理學(xué)電學(xué)中的話：電荷的定向移動(dòng)形成電流。學(xué)生就會(huì)有一種豁然開朗的感覺(jué)，并且還可以得出電流的方向是從輔酶葉綠素aH2O。再如，動(dòng)物的神經(jīng)調(diào)節(jié)是高中生

6、物教學(xué)中的一個(gè)難點(diǎn)，有關(guān)神經(jīng)調(diào)節(jié)的問(wèn)題學(xué)生較難掌握。如圖8所示，在C點(diǎn)給神經(jīng)纖維以刺激，問(wèn)：靈敏電流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)幾次？如何偏轉(zhuǎn)？用生物學(xué)和物理學(xué)電學(xué)知識(shí)分析如下：在神經(jīng)纖維上C點(diǎn)受刺激后，刺激處的膜內(nèi)外電荷變?yōu)橥庳?fù)內(nèi)正，興奮以局部電路回流的形式從C點(diǎn)在神經(jīng)纖維上向左向右傳導(dǎo)，當(dāng)興奮傳到a點(diǎn)時(shí)，由于a點(diǎn)和b點(diǎn)之間存在電勢(shì)差，所以靈敏電流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)一次；當(dāng)興奮傳到b點(diǎn)時(shí)，a點(diǎn)和b點(diǎn)之間存在電勢(shì)差，所以靈敏電流計(jì)指針又偏轉(zhuǎn)一次。靈敏電流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)方向與靈敏電流計(jì)本身內(nèi)部構(gòu)造有關(guān)，應(yīng)檢測(cè)后才能確定其指針偏轉(zhuǎn)方向。借用物理知識(shí)突破生物難點(diǎn)，學(xué)生容易理解和掌握，并且印象深刻。他山之石，可以攻玉也！4 利用物

7、理知識(shí) 解釋生物現(xiàn)象從物理學(xué)的角度來(lái)解釋生物體的生命現(xiàn)象是生物學(xué)教學(xué)過(guò)程中經(jīng)常遇到的事情?，F(xiàn)把運(yùn)用物理學(xué)光學(xué)知識(shí)來(lái)解釋生物現(xiàn)象的事例列表總結(jié)如下。物理光學(xué)知識(shí)生命現(xiàn)象光的色散（光譜）光合色素對(duì)不同顏色的光吸收程度不同光的折射眼睛成像光照強(qiáng)度（Klx）光合作用強(qiáng)度光照時(shí)間鳥類的遷徙和換羽、魚類的洄游、動(dòng)物的繁殖、植物的開花生理等短波射線昆蟲的趨光性、基因突變、同位素示蹤光量子理論（E=hv）解釋光合作用過(guò)程中的能量轉(zhuǎn)換用物理知識(shí)解釋生物現(xiàn)象，其作用關(guān)鍵在于能夠滿足學(xué)生的情感需要，能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。每每碰到學(xué)科間知識(shí)相互滲透時(shí)，就是上課的一個(gè)興奮點(diǎn)。教育和心理學(xué)家贊可夫指出：教學(xué)法一旦觸及學(xué)生的情緒和意志領(lǐng)域，觸及學(xué)生的精神需要，這種教學(xué)方法，就能發(fā)揮高度有效的作用。物理思維在生物教學(xué)中的滲透是多方面的，可以用原子物理學(xué)中核裂變的知識(shí)解釋生物進(jìn)化中的