建構生物模型，打造高效課堂

《普通高中生物課程標準（實驗）》明確指出：“了解建構生物模型的科學方法以及學會在科學研究中應用，是培養學生生物科學素質的重要手段。”建構生物模型不僅有助于學生加深對核心知識的理解，而且有利于學生將所學的新知識構建成完整的知識體系。高中生物模型主要有三種：概念模型、數學模型和物理模型。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。

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實驗誤差分析，兩種考查均可通過建構生物模型加深學生的理解。

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計，主要注意兩個問題：① 要設計兩組模型，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 實驗設計要遵循三個原則即等量原則、單一變量原則、對照原則。

模型一：以酵母菌為背景的實驗探究模型（圖1）。

此模型可以達成以下目標：

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生CO2；

③ 判斷酵母菌的有氧呼吸和無氧呼吸產生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生酒精。

模型二：以萌發的種子為背景的實驗探究模型（圖2）。

說明：① 兩個裝置中應放入等量的萌發種子，萌發的種子呼吸速率較大，現象較為明顯。

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

模型三：以幼苗為背景的實驗探究模型（圖3）。

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

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驗數據的準確性，通過誤差的估算和分析，可以認清誤差的來源和影響，提高實驗的質量。種子有氧呼吸速率測定時，存在著一些實驗誤差，通過設置對照組實驗，可以有效地規避實驗誤差的影響。

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

誤差二：外界環境中溫度、pH變化引起液滴移動（物理因素誤差），對照組設計如圖5所示。

誤差三：種子自身呼吸釋放熱能引起液滴移動（物理因素誤差），本組實驗要注意時間的控制，對照組設計如圖6所示。

2 光合作用模型

光合作用是高考重點考查的內容，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：單位時間內，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；單位時間內，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實際光合作用速率。

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，本模型利用單位時間內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間內，小圓片上浮數量的多少表示，也可以用三個試管中上浮相同數量小圓片所用時間的長短表示，但該實驗方法只能比較大小，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物的總量，即單位時間、單位葉面積干物質產生總量，本方法也叫半葉稱重法，常用大田農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法，當然其速率測定時也存在一些實驗誤差，與呼吸速率測定時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。通過設置對照組實驗，也可以有效地規避實驗誤差的影響。比如排除由外界溫度或壓強變化導致的實驗誤差的對照組實驗設計如圖11所示。

光合作用和呼吸作用是高中生物教材的主干知識，高考命題分值較大，區分度較高。常以各種生物模型為載體，圍繞兩者的生理過程以及內在聯系進行命題。因此，在高中生物教學中教師有意識地指導學生構建生物模型，不僅能夠讓學生更透徹的理解生物學核心知識，而且對于指導高中生物新課程內容的教學也具有重要的作用。