高中生物教學中的模型建構

【摘 要】該文結合生物新課程教學實踐案例，從物理模型、概念模型和數(shù)學模型三個方面，就高中生物教學中的模型建構作一探討。

【關鍵詞】高中生物；模型建構

模型是人們?yōu)榱四撤N特定目的而對認識對象所作的一種簡化的概括性描述，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物或其他形象化手段，有的則通過抽象的形式來表達。建構模型的方法是高中生物課程標準對學生提出的能力要求。高中生物學課程中的模型建構活動，其主要價值是讓學生通過嘗試建立模型，體驗建立模型中的思維過程，領悟模型方法，并獲得或鞏固有關生物學概念。下面結合教材，以物理、概念和數(shù)學等模型的建構，對模型方法作一探討。

一、物理模型的建構

以實物或圖畫形式直接表達認識對象的特征，這就是物理模型。教材中最著名的就是沃森和克里克構建的DNA分子雙螺旋結構模型。

1.實物物理模型的建構活化了抽象知識

建立真核細胞的模型，教材中并沒指定具體的材料用具和詳細的活動步驟，這給學生發(fā)揮各自的創(chuàng)造潛能留出了空間，也為教師的創(chuàng)新教學提供了機會。學完相關內容后，筆者布置學生8人一組，其中4個小組構建動物細胞模型，3個小組構建植物細胞模型。

學生制作的模型中，細胞質材料有白色橡皮泥、面團、瓊脂和白色泡沫塑料等。細胞膜材料也是多種多樣，如塑料袋、紗布、彈力布等，有一組同學采用廢棄可樂瓶瓶口部分做細胞膜，突現(xiàn)細胞三維效果。細胞器的制作，大多采用各色彩泥，如內質網是捏一條扁平的彩泥之后折疊在一起而成；高爾基體則用二個扁平的彩泥和三個小球表示；核糖體則用若干小球體表示，形狀最小，較多的放于細胞質中，一部分固定內質網上。也有同學用各色彩紙折成各種細胞器。細胞核的制作也是各式各樣，有的在細胞質中央挖一圓，放上一個圓形彩泥；有的則用一個乒乓球代替，也有的用半個蛋殼倒扣在細胞質中表示。很難得的是大多數(shù)小組制作的模型能體現(xiàn)細胞器結構和功能的聯(lián)系。

通過這第一次模型構建，充分發(fā)揮學生的積極性和創(chuàng)造性，按學生自己的思路，自主動手、相互協(xié)作，在制作中把握細胞模型的科學、環(huán)保、準確等原則，領悟細胞結構與功能特點，更好地掌握細胞的結構，活化了抽象知識。生物膜的流動鑲嵌模型、DNA分子的雙螺旋結構模型的構建，也都取得了良好的效果。

2.圖畫物理模型的構建提高了識圖能力

以圖畫形式構建物理模型相當普遍，如呼吸作用和光合作用、轉錄與翻譯、噬菌體侵染細菌等過程模型，各種細胞器結構的靜態(tài)模型，人體細胞與外界環(huán)境的物質交換模型等。通過多次模型的構建，學生養(yǎng)成了一種思維習慣，凡遇抽象的結構或過程，都會嘗試用簡易的圖畫幫助理解、思考。而且，在高中生物中，識圖能力極為重要。圖表是生物科學研究成果的一種重要表現(xiàn)形式，所以在生物高考中注重考查學生讀圖、識圖、析圖和繪圖的能力。平時學習中養(yǎng)成構建圖形的習慣后，對圖形考題的解讀也會更胸有成竹。

二、概念模型的構建

概念模型是指以文字表述來抽象概括事物本質特征的模型。構建概念模型有利于綜合理解知識體系。

1.構建概念模型，整合零碎知識

圖1是引導學生構建的細胞膜概念模型，是將相關內容整合在一起，使零碎的知識系統(tǒng)化，這有利于學生對某單元、某模塊知識進行加工、理解、儲存，全面系統(tǒng)地掌握和記憶知識要點，有利于學生形成完整、清晰、系統(tǒng)、科學的知識體系，同時也促進了學生感知、記憶、想象能力的發(fā)展。內環(huán)境的成分和理化性質、分泌蛋白的合成運輸加工和分泌等，都可通過構建概念模型，使學生更系統(tǒng)地掌握知識。

2.構建概念模型，簡化復雜知識

血糖調節(jié)是一個重要知識點，且與人體健康有密切的聯(lián)系，但這一內容既“看不見，摸不著”，又極為復雜。故教材中安排了一個“建立血糖調節(jié)的模型”活動，意在引導學生更好地理解人體內血糖的調節(jié)過程，并理解激素如何對生命活動進行調節(jié)，同時，引導學生初步了解建構概念模型的基本方法和意義。目前看到的不少教學設計和案例中，大多把主要精力放在模擬活動上。事實上，在模擬活動后，根據活動中的體驗，構建圖解式概念模型才是本活動的重點。

血糖調節(jié)一課中，筆者在介紹胰島、胰島A細胞和胰島B細胞及分泌的激素、作用后，和學生一起通過模型建構理解“胰島素和胰高血糖素調節(jié)血糖平衡的過程”。請一組同學利用事先做好的“糖卡、胰島素卡、胰高血糖素卡”示范，接著全班同學分組活動，依次探究飯后半小時及運動時機體是怎樣恢復正常血糖水平的，并用卡片進行演示。通過構建動態(tài)的物理模型，學生根據活動中的體驗，構建出了圖解式概念模型，通過各組代表交流最后歸納如圖2。通過模擬構建，學生對血糖的調節(jié)有了更深的理解。利用這一概念模型，學生學會了分析一些涉及到血糖變化的生理現(xiàn)象。

體溫調節(jié)、水和無機鹽平衡、免疫調節(jié)、生態(tài)系統(tǒng)的能量流動等都可用概念模型歸納。通過構建概念模型，將復雜的生理過程簡化，不但有利于識記，還能培養(yǎng)分析、綜合、概括的能力，學會把看似復雜的知識進行整理，找到相關知識的聯(lián)系，提高靈活運用知識的能力。

三、數(shù)學模型的構建

數(shù)學模型是根據具體情景，抽象出數(shù)學規(guī)律，并用公式或圖表的形式表達。在科學研究中，數(shù)學模型是發(fā)現(xiàn)問題、解決問題和探索新規(guī)律的有效途徑。引導學生建構數(shù)學模型，有利于培養(yǎng)學生透過現(xiàn)象揭示本質的洞察能力，同時，通過科學與數(shù)學的整合，有利于培養(yǎng)學生簡約、嚴密的思維品質。

1.構建數(shù)學模型，辨析易混知識

高中生物學中概念多，學生易混淆。用適當?shù)臄?shù)學模型可幫助學生理清概念。如，DNA經n次復制所需游離的某種脫氧核苷酸數(shù)和第n次復制所需游離的某種脫氧核苷酸數(shù)的區(qū)別，學生常混淆不清。課上，通過圖解分析，師生一起構建了數(shù)學模型：n次復制所需游離的某種脫氧核苷酸數(shù)=（2n-1）m（注：m為1個DNA分子所含某種脫氧核苷酸數(shù)和第n次復制所需游離的某種脫氧核苷酸數(shù)=2n-1m，難題立即迎刃而解。

2.構建數(shù)學模型，化解重難點

有絲分裂、減數(shù)分裂均是微觀的變化，雖然我們常用flash動態(tài)展現(xiàn)整個過程，但對于染色體、DNA的變化規(guī)律，學生總覺得很難領悟。學習有絲分裂時，筆者先引導學生構建表格式數(shù)學模型，然后轉化成直觀的坐標曲線，最后再讓學生把染色體與DNA的變化曲線集合在一張坐標圖上，讓學生歸納后加以比較，掌握染色體和DNA變化規(guī)律的特點和區(qū)別，從而化解難點。減數(shù)分裂的學習也是如此。為了讓學生更好地理解有絲分裂與減數(shù)分裂過程中染色體、DNA變化的差異，筆者還設計了這樣一個問題情境：某精原細胞經一次減數(shù)分裂后產生的一個精子順利地與一個卵細胞發(fā)生了受精作用，形成的受精卵經過了一次有絲分裂，請你畫出這個過程中的染色體、DNA變化曲線。于是，學生嘗試著把兩個分裂過程的染色體、DNA變化規(guī)律圖整合在一起，通過比較分析，更深刻地理解掌握了難點。

生物學中很多難點知識都可通過數(shù)學模型來化解，如酵母菌呼吸作用過程中隨氧濃度變化所釋放的CO2與吸收的O2之間的變化特點、恒定溫度條件下測某植物隨光照強度變化所釋放或吸收的CO2、種群的“J”型增長與“S”型增長、單因子因素與多因子因素對光合作用的影響……

構建數(shù)學模型，有利于學生理解和掌握知識，也使學生認識到在生物學中有許多現(xiàn)象和規(guī)律可以用數(shù)學語言來表示，很好地培養(yǎng)了學生的邏輯思維能力。

通過建構模型能使生命現(xiàn)象或過程的揭示得到簡化、純化，對生物系統(tǒng)的發(fā)展狀況有了更準確的認識。引導學生建構模型，既利于培養(yǎng)學生透過現(xiàn)象揭示本質的洞察能力，又有利于培養(yǎng)學生簡約、嚴密的思維品質，對提高學生的理科素養(yǎng)具有重要作用。

【參考文獻】

[1]邢紅軍.論科學教育中的模型方法教育[J].教育研究，1997(7):53-56.

[2]游隆信.生物學概念的教學策略探析[J].生物學教學，2005，30(2):46.

（作者單位：江蘇省吳江市高級中學）