建構(gòu)生物模型，打造高效課堂

《普通高中生物課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)）》明確指出：“了解建構(gòu)生物模型的科學(xué)方法以及學(xué)會(huì)在科學(xué)研究中應(yīng)用，是培養(yǎng)學(xué)生生物科學(xué)素質(zhì)的重要手段。”建構(gòu)生物模型不僅有助于學(xué)生加深對核心知識(shí)的理解，而且有利于學(xué)生將所學(xué)的新知識(shí)構(gòu)建成完整的知識(shí)體系。高中生物模型主要有三種：概念模型、數(shù)學(xué)模型和物理模型。下面以光合作用和呼吸作用為例，淺談高中生物模型的建構(gòu)。

1 呼吸作用的模型

呼吸作用的考查總體而言包括生物呼吸類型的判斷和呼吸速率測定時(shí)實(shí)驗(yàn)誤差分析，兩種考查均可通過建構(gòu)生物模型加深學(xué)生的理解。

1.1 呼吸作用類型的判斷模型

判斷呼吸作用類型的模型設(shè)計(jì)，主要注意兩個(gè)問題：① 要設(shè)計(jì)兩組模型，其中一組用于有氧呼吸的測定，另一組用于無氧呼吸的測定；② 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)要遵循三個(gè)原則即等量原則、單一變量原則、對照原則。

模型一：以酵母菌為背景的實(shí)驗(yàn)探究模型（圖1）。

此模型可以達(dá)成以下目標(biāo)：

① 判斷酵母菌的呼吸作用類型；

② 判斷酵母菌的有氧呼吸和無氧呼吸是否均產(chǎn)生CO2；

③ 判斷酵母菌的有氧呼吸和無氧呼吸產(chǎn)生CO2量的差異；

④ 判斷酵母菌的有氧呼吸和無氧呼吸是否均產(chǎn)生酒精。

模型二：以萌發(fā)的種子為背景的實(shí)驗(yàn)探究模型（圖2）。

說明：① 兩個(gè)裝置中應(yīng)放入等量的萌發(fā)種子，萌發(fā)的種子呼吸速率較大，現(xiàn)象較為明顯。

② 一般在測定種子呼吸時(shí)，如何沒有特定題干信息，呼吸作用消耗的底物認(rèn)為是葡萄糖，呼吸商等于1，預(yù)期結(jié)果如表1所示。

模型三：以幼苗為背景的實(shí)驗(yàn)探究模型（圖3）。

說明：若以幼苗為對象測定植物呼吸作用，則應(yīng)該將兩個(gè)裝置進(jìn)行遮光處理，防止植物光合作用引起裝置中的氣體體積的變化。同時(shí)用塑料袋將花盆套住，防止土壤中微生物呼吸對實(shí)驗(yàn)造成影響。

1.2 呼吸速率測定的誤差分析模型

誤差分析的目的就是評定實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，通過誤差的估算和分析，可以認(rèn)清誤差的來源和影響，提高實(shí)驗(yàn)的質(zhì)量。種子有氧呼吸速率測定時(shí)，存在著一些實(shí)驗(yàn)誤差，通過設(shè)置對照組實(shí)驗(yàn)，可以有效地規(guī)避實(shí)驗(yàn)誤差的影響。

誤差一：種子表面的微生物呼吸作用引起液滴移動(dòng)（生物因素誤差），對照組設(shè)計(jì)如圖4所示。

誤差二：外界環(huán)境中溫度、pH變化引起液滴移動(dòng)（物理因素誤差），對照組設(shè)計(jì)如圖5所示。

誤差三：種子自身呼吸釋放熱能引起液滴移動(dòng)（物理因素誤差），本組實(shí)驗(yàn)要注意時(shí)間的控制，對照組設(shè)計(jì)如圖6所示。

2 光合作用模型

光合作用是高考重點(diǎn)考查的內(nèi)容，其中光合作用速率的測定與分析常考，光合作用速率一般有以下表述：單位時(shí)間內(nèi)，光下某植物的CO2吸收量、光合作用積累量等情況均代表植物的凈或表觀光合作用速率；單位時(shí)間內(nèi)，植物光合作用制造量、半葉法測定的光合作用量均代表總或?qū)嶋H光合作用速率。

2.1 光合作用速率測定的模型

模型一：液滴移動(dòng)法測定模型見圖7（在NaHCO3緩沖液或CO2緩沖液維持裝置中的CO2濃度不變的情況下，本模型利用單位時(shí)間內(nèi)光合作用釋放的氧氣量與呼吸作用消耗的氧氣量的差值表示植物的凈光合作用速率）。

模型二：圓片上浮法測定模型見圖8（光合作用速率可以用相同時(shí)間內(nèi)，小圓片上浮數(shù)量的多少表示，也可以用三個(gè)試管中上浮相同數(shù)量小圓片所用時(shí)間的長短表示，但該實(shí)驗(yàn)方法只能比較大小，無法測出具體的量變）。

模型三：半葉法測定模型見圖9（MB—MA表示葉片光合作用合成有機(jī)物的總量，即單位時(shí)間、單位葉面積干物質(zhì)產(chǎn)生總量，本方法也叫半葉稱重法，常用大田農(nóng)作物的光合速率測定）。

模型四：黑白瓶法測定模型見圖10（黑白瓶法常用于水生生物光合速率的測定，其中DB瓶表示黑瓶，用于測定水生生物的凈光合作用量；LB瓶表示白瓶，用于測定水生生物的呼吸作用消耗量；IB瓶表示白瓶，用于測定水生生物原始氧氣含量）。

2.2 光合作用速率測定的誤差分析模型

光合作用速率測定最常用的方法是液滴移動(dòng)法，當(dāng)然其速率測定時(shí)也存在一些實(shí)驗(yàn)誤差，與呼吸速率測定時(shí)誤差來源形式基本相同，分為物理因素誤差和生物因素誤差。通過設(shè)置對照組實(shí)驗(yàn)，也可以有效地規(guī)避實(shí)驗(yàn)誤差的影響。比如排除由外界溫度或壓強(qiáng)變化導(dǎo)致的實(shí)驗(yàn)誤差的對照組實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)如圖11所示。

光合作用和呼吸作用是高中生物教材的主干知識(shí)，高考命題分值較大，區(qū)分度較高。常以各種生物模型為載體，圍繞兩者的生理過程以及內(nèi)在聯(lián)系進(jìn)行命題。因此，在高中生物教學(xué)中教師有意識(shí)地指導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建生物模型，不僅能夠讓學(xué)生更透徹的理解生物學(xué)核心知識(shí)，而且對于指導(dǎo)高中生物新課程內(nèi)容的教學(xué)也具有重要的作用。