生物新課標模型教學的實踐研究

高中生物教學中經常遇到以下教學難題：(1)教學內容突然從可觀察、可感知的宏觀世界步入抽象的、不可觸摸的微觀領域，如何使學生能夠形象地理解細胞、分子等概念?(2)部分學生把生物學科當做是文科來學，采用死記硬背的方法，但生物學中概念繁多、容易混淆，同時很多時候需要透過生命現象發現其背后的本質規律。如何找到一種合適的教學方法，新課程標準中首次提出了模型教學的科學方法，不僅為老師提高教學質量提供了手段，也成為學生理解和掌握生物學知識的有效工具。

1.模型方法的認識

1.1模型的特點

模型具有三個基本特點：(1)是對實際對象的模仿和抽象。(2)組成體現認識對象系統中的主要因素。(3)反映主要因素之間的關系。

1.2模型的種類

模型的種類很多，高中生物教材介紹的模型主要有物理模型、概念模型、數學模型等。(1)物理模型是以實物或圖畫形式直觀反映認識對象的形態結構或三維結構。其特點是：實物或圖畫的形態結構與真實事物的特征、本質非常相像，大小一般按比例放大或縮小。(2)概念模型是以圖示、文字、符號等組成的流程圖形式對事物的生命活動規律、機理進行描述、闡明。其特點是：圖示比較直觀化、模式化，由箭頭等符號連接起來的文字、關鍵詞比較簡明、清楚，它們既能揭示事物的主要特征、本質，又直觀形象、通俗易懂。(3)數學模型就是用字母、數字及其他數學符號建立起來的等式或不等式以及圖表、圖像、框圖等描述客觀實物的特征及其內在聯系的數學結構表達式。其特點是：可以直觀地描述出不同變量之間的關系，或是某一變量的變化規律。

1.3模型方法

模型方法是以研究模型來揭示原型的形態、特征和本質的方法，是邏輯方法的一種特有形式。模型舍去了原型的一些次要的細節、非本質的聯系，以簡化和理想化的形式去再現原型的各種復雜結構、功能和聯系，是連接理論和應用的橋梁。

2.真核細胞的三維結構實物模型教學實例

2.1模型的制作過程

2.1.1通過討論確定小組模型方案

完成細胞基本結構的學習后，學生自由分組，結合組內人員可提供的條件，選定制作材料。教師給出細胞器大小的參考數據，以保證制作中各種細胞器的大小符合真實比例。

2.1.2細化小組模型方案

包括各種細胞結構使用何種材料、如何制作、細胞結構之間如何連接等。

2.1.3建立模型

以小組合作形式按方案完成真核細胞實物模型的制作。針對制作過程中不斷發現的一些新問題，指導學生運用多種途徑尋求解決的方法。

2.1.4小組間的成果展示和交流，教師作出評價

2.2細胞結構模型制作的體會

模型制作方案的準備和討論，使學生系統地回顧了細胞結構的各個組成部分及其功能；成果的展示使抽象的生物學概念有了直觀的形象，而交流促成了學生更深層次的思考和探討。通過模型制作實踐活動，既提高了學生學習的興趣，使學生進一步理解了細胞的結構及功能，更容易把握細胞結構的完整性以及與其功能相適應的結構特點，同時也培養了學生在科學探索中的嚴謹、科學的態度和創造性思維。

物理模型的構建在教學中取得了良好的效果，教學中指導學生制作了多種實物模型，如氨基酸脫水縮合模型、細胞膜流動鑲嵌模型、主動運輸模型、有絲分裂和減數分裂中染色體的變化模型、基因工程模型等，很好地幫助學生理解了抽象的生物學概念和現象。

3.數學模型在生物教學中的應用

高中生物教學不僅需要將抽象的概念、微觀的結構形象化，同時也需要透過復雜的生命現象、過程掌握其內在的規律和本質，而數學模型的構建則可通過公式、曲線等形式用數量關系解析生命現象，并經過計算和推理來完成對生命現象本質的研究，從而加強學生運用生物知識解決實際問題的能力。

數學模型在生物教學中廣泛存在。如必修二中有關遺傳的許多難點，必須借助數學中的規律總結、排列組合、概率計算等方法幫助學生理解。在基因的表達中雙鏈DNA中的堿基數與其控制合成的蛋白質中氨基酸的數目關系可總結為6：3：1；雜合體自交n代后，子代雜合子所占的比例可用1/2n表示；遺傳規律的應用則必須運用概率的方法計算等。

除數學公式外，對于一些比較抽象的內容，還可以建立坐標圖或繪制表格使其變得更具體。如，有絲分裂和減數分裂過程中，染色體、染色單體以及DNA數量的變化規律，我們可將具體的數據列成表格，并根據表格數目變化轉化為形象直觀的曲線圖或柱狀圖，同時還把兩個分裂的圖像整合到同一個坐標圖像中，讓學生歸納后加以比較區別，使學生更深刻地掌握知識內容。

可以說生物教學中涉及數學模型的內容比比皆是：光合作用、呼吸作用的強度隨各種影響因素的變化曲線、不同濃度的生長素對不同器官的影響曲線、哈代一溫伯格平衡等。

當我們將復雜的生物問題轉變為數學問題，經過合理簡化后建立起揭示規律的數學關系式，就能使學生的知識發生正遷移，并起到舉一反三的效果。在構建數學模型的過程中，學生的數學知識得到了應用，體現了數學學習的價值，同時也鍛煉了學生的邏輯推理能力和解決實際問題的能力。

4.模型教學的體會

4.1模型教學應該貫穿生物教學的全過程

新授課上教師應盡可能利用模式圖、實物標本、自制模具等形象化的模型來幫助學生理解新知識，在可能的情況下，還應指導學生構建模型、運用模型。如有絲分裂中染色體的行為變化，學生很難想象，教師上課結合模式圖，并用彩色紙板自制模型，展示分裂過程，增強學生的感性認識，理解相關內容。“基因工程中的基本操作過程”學習中學生使用自制模型(教師指導下完成)，體驗實驗過程。各類模型的使用，可使教學形象直觀，利于教學的組織，提升教學效果。

復習課側重于對已有知識的總結和歸納，概念模型往往可以很好地將生命系統中多種復雜的運動形式以簡潔直觀的模式展示出來，幫助學生把握其中各組成元素間的內在聯系。習題課則需要教師引導學生運用題目中給出的模型或根據題意構建模型，將學到的知識應用到具體的問題解決中去，提升學生的各種解題思想和方法，拓展學生思維。

4.2模型教學要通過“建構”來實現其價值

在模型教學活動中教師的作用不應僅僅是給出模型，更應該指導學生學習建構模型。

模型建構，一般需要經過觀察研究對象或實驗，提出問題，再進行模擬或歸納，將復雜的事物簡化、抽象出其本質屬性，方能構建。只有親身參與，學生才能體會到模型建構的方法，獲得成功的喜悅，并在困惑發現、探索思考、演繹反思的過程中，真正領悟模型方法的要素與關鍵，提高自身的科學素養。

4.3注意模型的特殊性和例外性

模型是在特定的條件和范圍內對原型的一種抽象，不是原物本身，因此特定的模型只能在相應條件下使用。當條件發生改變時模型須經修正或重新構建。如：“J”型曲線只適用于理想環境或轉入新環境的初級階段；分離定律的比例關系不適用于細胞質遺傳等。

4.4關注模型的發展性

隨著科技的進步，模型始終處在不斷地“構建一解構一構建”的動態發展過程中。因而模型方法的教育也應是一個不斷發展、修正與完善的過程，使學生認識到模型是一個開放的動態體系。

5.模型教學對探究式教學的意義

探究式教學主張改變傳統的教學方法，鼓勵、指導學生去探索和發現，充分體現教師的指導性和學生的主體性。探究式教學必須讓學生真正地接觸科學家建立起來的科學事實、原理、定律，經過思考并提出問題，尋求理解，對所獲得的知識進行分析、比較、評價和分類，從而得出推論，并通過測試進行推斷，最后得出結論。

而模型的建構過程本身就是一個科學探究的過程。為了建立一個合理的數學模型，學生需要用到多種不同的科學方法：運用抽樣檢測的方法，運用顯微觀察和生物培養的方法，收集、整理、分析數據的方法等。這些活動給學生留出了較大的自主探究的空間，包括做出假設、討論探究思路、制訂計劃、實施計劃等。學生在老師的引導下通過真正的“做”科學的過程，既能學到知識內容，又能掌握更深入地運用和探究生物學知識所必需的思維方法，使探究能力得以提高。

總之，模型建構和應用是生物教學的一項重要內容，在模型構建中既提高了學生生物學基本操作技能，增強了學生收集和處理信息的能力，也使學生體驗到探究的樂趣，創造性思維得到發展。

(作者單位江蘇省蘇州工業園區蘇州大學附屬中學)