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1、物理思维在生物教学中的渗透（浙江*金华） 在“3+综合”高考模式指导下，对学生综合素质的培养提到了尤为重要的地位。如何培养高素质创造性的复合型人才，是我们每一位教育工作者需要认真思考并大胆实践的。因而在高中生物教学过程中，本人也经常借助物理、化学知识解决一些生物问题，引导学生多角度、多层面的思考问题，实践证明学生的收获非同寻常。现把本人利用物理知识解决生物问题的一些实践介绍给大家，以期抛砖引玉。1 利用物理知识 明晰生物概念生物学中某些概念的理解可以与物理学中的某些概念进行类比，帮助学生突破生物思维上的障碍。例如在讲授细胞周期概念时，学生往往难以理解。经过几年的教学总结和比较，本人利用物理学中
2、的振动周期概念与细胞周期的概念进行类比，收到很好的教学效果。振动周期的概念是：做简谐振动的物体完成一次全振动所需的时间。如图1所示，物体从AOBOA为一次全振动。细胞周期的概念是：进行连续分裂的细胞，从一次分裂完成时开始到下一次分裂完成时为止。在学生对细胞分裂过程尚未了解的情况下要理解细胞周期的概念是比较困难的，而学生对振动周期的概念在高一时已经掌握，此时，我把振动周期的概念演化为：进行连续做简谐振动的物体，从一次全振动完成时开始到下一次全振动完成时为止。如图2所示。那么，细胞周期的概念也就迎刃而解了。如图3所示。再如，可以用物理学中的杠杆原理中的“支点”与生物学中的“肘关节”类比，有利于学生
3、对“肘关节”概念的理解。学生利用原有的知识去构建新知识，符合建构主义理论，学习的效果较好。 图1 图2 图3 2 利用物理知识 透析生物生理对某些生物生理过程的理解，必需要渗透物理知识才能向学生解释清楚。例如植物生理中有关根的向地性的问题。如图4所示。水平桌面上放一豆芽菜，请预测一段时间后根的生长方向。分析：根内生长素由于受到重力作用，向地面生长素分布较多，背地面生长素分布较少，而由于根对生长素敏感，较多生长素对根起抑制作用，所以一段时间后豆芽菜根向地生长。如图5所示。如果把豆芽菜放到一正在做匀加速转动的圆盘上，如图6所示，请预测一段时间后根的生长方向。分析：豆芽菜放到一正在做匀加速转动的圆盘
4、上后，对豆芽菜的受力情况进行分析，发现豆芽菜水平方向上受力情况与静止状态下比较有变化，而在竖直方向上受力情况与静止状态下相同，所以一段时间后根向地生长。如果把图4所示装置移至太空中，豆芽菜处于失重状态，则根水平向左生长。与以上分析相似的问题如图7所示，预测植物根的生长方向。以上问题均要借助于物理学中的动力学知识才能解释清楚。再如，在讲到成熟植物细胞渗透吸水时要用到物理学中的分子运动论知识、在讲到基因突变人工诱变时涉及到原子物理学知识等。运用物理知识分析生物学问题，可以培养学生的知识迁移能力。 图4 静止 整个装置绕OO轴匀速转动 图7 3 利用物理知识 突破生物难点在解决生物教学中的某些难点时
5、，物理知识可以起到画龙点睛的作用。例如植物通过光合作用把光能转变成电能的过程，教科书上是这样解释的：在光的照射下，少数处于特殊 状态下的叶绿素a，连续不断地丢失电子和获得电子，从而形成电子流，使光能转换成电能。仅仅这样解释，学生还是较难理解。为了突破此难点，教师们图文并茂地加以分析，并引入最初电子供体和最终电子受体等生物名词进行解释，希望学生能够理解和掌握。但是，得失电子的知识在化学学科中涉及较多，在学生的脑海里很难形成电流模型。如果在此时加上一句物理学电学中的话：电荷的定向移动形成电流。学生就会有一种豁然开朗的感觉，并且还可以得出电流的方向是从辅酶叶绿素aH2O。再如，动物的神经调节是高中生
6、物教学中的一个难点，有关神经调节的问题学生较难掌握。如图8所示，在C点给神经纤维以刺激，问：灵敏电流计指针偏转几次？如何偏转？用生物学和物理学电学知识分析如下：在神经纤维上C点受刺激后，刺激处的膜内外电荷变为外负内正，兴奋以局部电路回流的形式从C点在神经纤维上向左向右传导，当兴奋传到a点时，由于a点和b点之间存在电势差，所以灵敏电流计指针偏转一次；当兴奋传到b点时，a点和b点之间存在电势差，所以灵敏电流计指针又偏转一次。灵敏电流计指针偏转方向与灵敏电流计本身内部构造有关，应检测后才能确定其指针偏转方向。借用物理知识突破生物难点，学生容易理解和掌握，并且印象深刻。他山之石，可以攻玉也！4 利用物
7、理知识 解释生物现象从物理学的角度来解释生物体的生命现象是生物学教学过程中经常遇到的事情。现把运用物理学光学知识来解释生物现象的事例列表总结如下。物理光学知识生命现象光的色散（光谱）光合色素对不同颜色的光吸收程度不同光的折射眼睛成像光照强度（Klx）光合作用强度光照时间鸟类的迁徙和换羽、鱼类的洄游、动物的繁殖、植物的开花生理等短波射线昆虫的趋光性、基因突变、同位素示踪光量子理论（E=hv）解释光合作用过程中的能量转换用物理知识解释生物现象，其作用关键在于能够满足学生的情感需要，能激发学生的学习兴趣。每每碰到学科间知识相互渗透时，就是上课的一个兴奋点。教育和心理学家赞可夫指出：教学法一旦触及学生的情绪和意志领域，触及学生的精神需要，这种教学方法，就能发挥高度有效的作用。物理思维在生物教学中的渗透是多方面的，可以用原子物理学中核裂变的知识解释生物进化中的某些问题，可以用能量守恒定律解决生物学中有关的能量计算及新能源的开发和利用等问题。在生物教学过程中渗透物理思维，不仅可以帮助教师的教、利于学生的学，还可以提高学生对教师的信任度，利于学生综合素质的培养，其作用可谓大矣！用心 爱心 专心