談談中學生物教學中的構建模型

【摘 要】中學生物教材中安排了大量的模型設計或對已知模型進行分析的內容。模型可以幫助人們對認識的對象作更簡化的、透徹的描述，可以是具體的實物、形象化的替代物、也可以是抽象的數學公式或曲線方程……

【關鍵詞】構建模型；創造性；轉換；應用

在生物學習中為了學生更好地學習和掌握知識，常常涉及到對教材內容加以物理模型、數學模型或概念模型的建構，或對已知的模型加以研究分析。模型不僅能幫助學生更好地學習生物科學，而且還有助于學生進行科學研究和探索，更好地解決身邊的問題；這種方法與物理、化學及數學學科之間有著密切的聯系，有助于培養學生學科交叉思想，促進全面發展。筆者在教學過程中注意到了模型教學的重要性，并對所應用的重要模型簡單進行了歸納整理。

案例1 物理模型的構建——細胞模型

1-1知識目標：細胞是最基本的生命系統。細胞的基本結構和功能作為必修一的重要知識點之一，在高考中占有很重的分量。要理解生物體復雜的功能，首先必須對最基本的生命系統-細胞的構造有深入的理解。

1-2教學方法：學習細胞的基本結構之前，可以先布置大家預習這部分知識，再讓他們根據身邊可利用的材料來嘗試動手制作細胞的結構模型，帶到課堂上展示、評比，培養同學們的預習能力和動腦、動手能力。同學們的積極性可高了。

1-3展示：大部分同學采用了捏橡皮泥來處理細胞各個部分的結構。其中讓大家眼睛一亮的是這樣一個模型：大大的哈密瓜皮，內部填充了一些泡沫，一個大核桃嵌在中央，一半鴨蛋殼橫躺著，其內還粘了一圈彎彎的黃色的毛線，包裝蘋果的小網袋與大核桃和瓜皮連接著，還有那月亮型的小香蕉……多么逼真的動物細胞。

1-4情感態度和價值觀的體現：通過該模型的制作，既充分培養了同學們預習知識的能力，發揮了他們的積極性、主動性和創造性；又培養了他們的動腦、動手能力及相互協作的精神；同時還培養了同學們熱愛環境、保護環境和對資源的合理再利用。

案例2 數學模型的構建——種群數量變化規律

任何一個種群都生活在一定的環境中，其數量總會發生規律性的變化。教材在這部分安排了常見的三種類型的數學模型（數學公式、表格及曲線圖）講解。例如：理想狀態下一個細菌繁殖N代以后的數量Nn=2n；雪兔在t年后的數量Nt=N0λt1，可以將公式轉換成坐標曲線（J型曲線）或表格。三種數學模型各有優缺點，公式計算或表格數據準確但不能反映動態變化情況；曲線圖直觀但不能準確讀取數據。一般我們在宏觀研究上更多的還是選擇曲線模式。例如有限條件下的邏輯斯蒂S型曲線（圖1），種群的數量變化情況直觀明了，再利用數學方法對S曲線上的任意一點作切線找斜率，看斜率的變化從而反映出種群數量變化過程中增長速率的變化情況（圖2）。對理想環境和自然環境中的種群曲線進行綜合比較（圖3），陰影部分的含義即為環境阻力所淘汰的個體。根據對圖像的理解掌握，就能應用于生產實際：如對有害動物的控制、對森林或海洋資源的合理利用。

圖1 圖2

圖3 圖4

曲線圖還出現在很多地方，如溫度、PH等對酶影響的曲線，恒溫動物、變溫動物隨環境溫度的改變耗氧量的不同曲線。所以我們平時要學會對已有模型進行分析，更要學會動手構建模型來解釋一些問題：如生態系統中同時存在的抵抗力穩定性與恢復力穩定性之間的一般關系（圖4）。

案例3 實物模型的構建—生態缸

3-1聯系生活，解釋現象：在學習了生態系統的結構和功能以及穩定性后，教師提出現在許多家庭的室內或陽臺上都安裝了水族箱（生態缸），其內養殖了一些觀賞的動植物。同學們一定會對此感到疑問或好奇。

3-2用生物學知識答疑：

生問：我家的魚缸沒有放在窗臺上，而是放在室內較陰暗的地方，為什么？

師答：廠家在生產水族箱時已經把燈箱配套安置好了，能滿足缸內的水草進行光合作用，所以不需要放在有陽光的地方。

生答：水族箱內的燈箱起到從各方收集光線的作用。

生問：魚缸中的生物種類很少，穩定性很低，那么魚應該很快死亡，但我家已經養了很長時間了，為什么？

師答：必須保證水質衛生和清潔。需要對經常換水，或安裝了過濾器。

生答：經常換水或安裝過濾器，能進行水質過濾重金屬等物質同時起到補充無機鹽和氧氣的作用。

生問：內部有分解者嗎？

師答：任何一個生態系統都不能缺少分解者。本身生態缸中水和細沙等中含有一些，另外過濾器中也含有一些有益消化菌，能對魚的糞便或其它雜質進行分解。

3-3實際操作和觀察：在進行了以上答疑后，為同學們順利建構生態缸模型打下了很好的鋪墊。

3-4情感態度和價值觀的體現：同學們興致很高，積極利用可選擇的材料構建生態缸。在大家思考和設計的過程中，既升華了課本知識，又培養了他們的觀察和實踐能力。

案例4 概念模型的建構

構建概念模型能將一些零碎的生物學知識構成有聯系的知識網絡。便于新授課的開展，更有益于復習課鞏固知識。生態系統的能量流動這一小節的學習，同學們對課本文字和流程圖常常理解偏位，失分較為嚴重。

以上只是簡單列舉了生物教學中出現頻率較高的幾種模型，當然在生物教學中還會有其他形式的模型出現或需要我們去設計更能解決問題的實用模型，例如必修3中，血糖的平衡調節，這部分知識極其抽象，針對這種看不見、摸不著的現象，為了大家更好理解這部分知識，教材安排了生動的“糖卡”模型建構，通過大家在游戲中扮演角色，模擬血糖的變化，使抽象的知識便于掌握，并且印象深刻。

【參考文獻】

[1]《生命科學》2007年6月第19卷第3期 系統生物學中建模方法的研究現狀及展望

[2]《中學生物學》2011年第7期 構建數學模型，解決有關生物問題

[3]《生物學通報》2006年第5期 設計制作生態缸 觀察“生態系統的穩定性”

（作者單位：江蘇省江安高級中學）