模型構建在高中生物教學中的運用

摘要:在高中生物學教學時，充分利用模擬實驗和構建模型的內容，可以培養學生的建構思維和建構能力，有利于學生形成系統的科學認知觀，強化與其他學科的內在聯系。這可以幫助學生理解他們無法直接觀察到的事物，理解結構與其功能的關系，由結構聯系功能，從現象上升到本質。

關鍵詞:模型構建;高中;生物教學

《普通高中生物課程標準(實驗)》明確指出:了解建立模型等科學方法及其在科學研究中的應用，培養學生的建模思維和建模能力。在當前，教師要領悟、建立數學模型等科學方法及其在科學研究中的應用，培養學生的建模思維和建模能力，獲得生物學的基本事實、概念、原理、規律、模型等方面的基礎知識。由此可見，建模思維、建模能力在《普通高中生物課程標準(實驗)》中被提到較高的高度，被認為是將來學生從事科學研究的必備能力。建模思維，是學生所認識到的關于建立模型及進行模擬實驗必需的理論、概念、原則、方法等方面的知識。而建模能力是在建模思想的指導下，綜合建立模型，進行知識或技術創新所必需的知識、理論、技能，最終達到建立模型，完成創新過程的能力。在進行高中生物學教學時，應充分利用模擬實驗和構建模型的內容，培養學生的建構思維和建構能力。

模型方法的精髓乃是體現在探索與發現之中，不親身經歷這些探索，很難發現其中的要素與關鍵之所在。要讓學生置身于探索生物學現象、發現生命規律的活動中，在建立模型的過程中學會觀察和統計的方法、實驗的方法、歸納與演繹的方法、假設的方法、近似的方法等。這樣，學生就會主動地去思考、探索，順著科學的思路和方法去感知、去思索，在不知不覺中就領略到生物學知識的真諦。新課程標準教材(必修)上有關模型建構的內容，分別出現于思考與討論、技能訓練、模型建構、課外制作等幾個欄目中。①《分子與細胞》模塊:第四章第2節，利用廢舊物品制作生物膜模型-課外制作;第三章第3節，嘗試制作真核細胞的三維結構模型-模型建構。②《遺傳與變異》模塊:第二章第1節，建立減數分裂過程中染色體的變化的模型-模型建構;第三章第2節，制作DNA雙螺旋結構模型-模型建構。③《穩態與環境》模塊:第一章第1節，構建人體細胞與外界環境的物質交換模型-技能訓練;第二章第2節，建立血糖調節的模型-模型建構;第四章第2節，構建種群增長模型的方法-數學模型-科學方法。從內容篇幅來看，教材中與模型及模型方法直接有關的內容不是很多。但是，作為現代生命科學研究不可缺少的重要手段，模型和模型方法很早就已經滲透到生命科學研究的各個環節。例如，《穩態與環境》模塊中第五章第4節安排的制作活動:“設計并制作生態缸，觀察其穩定性”，盡管其中沒有直接提及模型或模型方法，但這一活動其實質就是一個建構模型的探究活動。再例如，《穩態與環境》模塊第五章第1節要求“參照下圖所示一般系統的結構模式圖，嘗試畫出生態系統的結構模型”的內容，雖然在教材中也沒有明確說明是模型建構，但其實質也是幫助學生學會運用模型和模型方法分析并解決具體問題的一次探究活動。

在生物科學學習中，模型提供觀念和印象，是非常吸引學生的生動的感性材料，是學生知識結構的重要組成部分。要有效進行一個模型建構，教師應該只是提供一定的指導，由學生自己動手動腦進行模型建構。以下通過《遺傳與變異》模塊中第三章第二節的“DNA分子的結構”一節的教學，嘗試在教師引導下，學生通過自己動手，構建DNA結構的物理模型和數學模型，展示學生的作品進行交流、互評，從而使學生有效地掌握相關的概念和規律。

(1)教材分析。DNA結構在高中生物遺傳物質這一節中是最基礎的內容，對以后學習DNA的復制及遺傳規律有很大促學作用。DNA模型的制作，有利于提高學生的動手能力，有利于學生由形象思維發展為抽象思維。

(2)學情分析。學生對學生物的心態是普遍認為生物知識是死記硬背，通過此節內容的學習，有助于學生改變對生物學知識的認識。由于學生有較強的動手能力，有較強的做實驗的欲望，因此通過制作DNA模型，能使學生學得生動活潑，激發起學習的動機。

(3)設計理念。利用模擬模型的制作，調動學生全身活動、認真觀察。把體驗作為一條紅線，貫穿于整個教學過程的始終，在體驗的過程中促進學生思維發展。高效率的課堂應是現代先進思想和現代先進教育技術完美結合。在這一節課中，用電腦多媒體輔助本節教學內容，能擴展本節教學內容。

(4)教學過程。①引言。自從沃森和克里克發現DNA的結構以來，標志著人類對生命的研究深入到了分子的水平。DNA是高科技成就的象征，是科技研究最活躍的領域。因此，我們有必要牢固掌握DNA的結構和特點。②回顧知識。A.DNA的化學組成:請大家思考:DNA的結構是怎樣的?構成它的基本單位呢?脫氧核糖核苷酸又是由哪些分子組成的?這三個分子是怎樣連接起來形成脫氧核糖核苷酸的呢?(出示DNA的結構圖)在DNA的一條鏈中，脫氧核苷酸怎樣連接形成脫氧核糖核苷酸鏈的呢?核苷酸鏈又是怎樣形成DNA分子的呢?兩條脫氧核苷酸鏈按照什么規律，通過什么連接起來，從而形成DNA分子的呢?(動畫演示)B.DNA的特點:出示DNA結構圖，引導學生思考這樣的DNA分子結構有什么特點?③DNA模型的制作。師:介紹實驗材料和用具。A.制作脫氧核苷酸鏈的模型。引導思考:表示磷酸、脫氧核糖和含N堿基分子的塑料片如何連接成脫氧核苷酸?每個小組的同學都操作一下。同學制作，點評。強調注意的事項:分清各個碳原子的位置，拿模型時5號碳原子朝上，塑料片間不能重疊。B.制作脫氧核苷酸對或脫氧核苷酸鏈。思考:在一條鏈中，一個脫氧核苷酸分子和上個脫氧核苷酸分在什么部位相互連接?學生回答操作，教師指導修正。C.制作DNA分子平面結構模型。怎樣連接兩條鏈?如何體現堿基間的配對?又如何體現兩條鏈是平行反向的?D.制作立體結構模型。用透明膠布把磷酸分子固定到鐵絲上，雙手提起方框，拉直雙鏈，旋轉一下，即可得到DNA分子雙螺旋結構模型。

(5)展示作品，教師總結。要求學生根據自己制作的作品，描述DNA的特點。學生對比各自制作的作品，進行評價。

本節課把構建DNA雙螺旋模型作為一條主線，貫穿于整個教學過程的始終，在模型構建的過程中促進學生的思維，從而達到“以思維為主攻”的境界。學生都有較強的做實驗的欲望，通過構建DNA模型，能使學生學得生動活潑，激發起學習的動機。在模型構建的過程中，學生充分地展現了他們的創造力和想象力。在反復構建模型、反復思考、反復改進模型的過程中，學生對DNA的結構有了感性認識，最終由物理模型上升為抽象的數學模型。“堿基配對”過程經過學生手腦并用大大加強了印象，再通過電腦動畫演示，最終使學生對該部分內容中的相關概念(磷酸、脫氧核糖、含氮堿基、脫氧核苷酸、脫氧核苷酸鏈、堿基互補配對原則、雙螺旋結構、遺傳信息的多樣性等)自然而然建立起相應的聯系。此外，在DNA模型的構建過程中，學生親身體會到了科學研究的艱辛和需要協作的精神，這對于培養學生的科學精神起到了重要的作用。

(新疆農十師北屯高級中學)