高中生物學教學中模型建構及應用

摘要：模型方法是人們認識自然界的一種重要方式，也是理論思維發展的重要方式，新《課程標準》將模型方法規定為高中學生必須掌握的科學方法之一。模型可分為概念模型、物理模型和數學模型三種形式，通過建構模型來學習生物學知識，能增強學生的探究能力，培養學生思維品質的靈活性。就模型建構在中學生物學教學的應用，進行了相關論述。

關鍵詞：模型 模型建構 生物學教學

模型是人們為了某種特定目的而對認識對象所作的一種簡化的概括性的描述，是科學研究中對復雜事物的一種簡單的描述方法。這種描述可以是定性的，也可以是定量的。有的借助于具體事物形象化的手段，有的則通過抽象的形式來表述。通過模型，抓住事實的最主要的特征和功能，以簡化的形式去再現原型的各種復雜結構和功能，它是連接理論和應用的橋梁，可以幫助人們認識客觀世界中最本質的東西，以便預測和指導實踐。生物學研究中通常建構的模型包括概念模型、物理模型和數學模型等。

一、建構概念模型，梳理知識間內在關系

概念模型是指以文字表述來抽象概括出事物本質特征的模型，如對真核細胞結構共同特征的文字描述、光合作用模型、細胞呼吸模型以及生態系統結構的表述等。建構概念模型可以使學生深入理解基礎知識，辨析知識點之間的聯系與區別，使知識結構化，同時有利于培養學生的歸納、概括和語言表述能力。

人教版《遺傳與進化》模塊中，在《現代生物進化理論的由來》一節，教材借助一個理論模型來介紹達爾文的自然選擇學說（見圖1）。

該模型展示了過度繁殖、生存斗爭、遺傳變異和適者生存等自然選擇學說核心內容的相互關系，但出于讓學生詳細了解該學說的目的，該模型的內容相對較多，各觀點之間的關系不明朗，不易于學生理解掌握。在講授該部分內容時，讓學生分組討論，嘗試重新建構該學說的理論模型，學生經討論后建構了一個新的模型，新模型內容簡單，各觀點間的相關關系明了，易于掌握。

二、建構物理模型，使知識形象化、直觀化

物理模型以實物或圖畫形式直觀地表達認識對象的特征。其最顯著的特點是形象直觀。在教學過程中通過模型建構與展示，不僅有利于加深學生對所學知識的記憶、理解，而且也能引導學生進行發散思維，提高學生的探究能力，學會科學研究的基本方法。

如人教版《遺傳與進化》模塊中的《DNA分子的結構》一節，重在引導學生模仿科學家建立DNA結構的模型。在教學中首先由教師引導學生復習DNA分子的組成單位——脫氧核糖核苷酸及其結構組成，然后分發堿基、磷酸和脫氧核糖模型，由學生分組建構4種脫氧核糖核苷酸的模型，隨后建構多脫氧核苷酸長鏈模型，在此過程中教師提示脫氧核苷酸之間靠3ˊ-5ˊ磷酸二酯鍵連接，并糾正學生的錯誤。之后，教師引導學生閱讀教材中P47～P48的閱讀材料，知道當時沃森和克里克據DNA衍射圖譜推算出DNA分子應呈雙螺旋結構，讓學生繼續建構模型。最后，再引導學生從材料中得到“DNA中堿基A與T配對，G與C配對”的信息，讓學生修改完成模型。在建構該模型的過程中，使學生能夠感悟DNA分子結構建立過程中的科學探索精神和思維方法，同時培養了學生的創新思維能力及合作探究能力。

建構物理模型是實現有效教學的方法之一，物理模型有靜態物理模型，還有動態物理模型，在教學過程中不能僅局限于課程標準中提到的內容，教師還需要深入研究教學內容，創造性開展這一活動，筆者在教學中還引導學生制作了蛋白質結構模型、細胞膜結構模型、物質跨膜運輸模型、有絲分裂模型、生態系統模型等，收到了較好的教學效果。

三、建構數學模型，揭示問題本質

數學模型是指為了某種目的，用字母、數字及其它數學符號建立起來的等式或不等式以及圖表、曲線、框圖等描述客觀事物的特征及其內在聯系的數學結構表達式。如“J”型、“S”型種群數量變化曲線、符合孟德爾遺傳規律的子代性狀分離比等。數學模型建構的基礎是數學方法，基于其學科交叉的特征，對于學生來說具有一定的難度。教師在教學過程中引導學生建構數學模型，有利于培養學生透過現象揭示本質的洞察力。同時，通過科學與數學的整合，有利于培養學生簡約、嚴密的邏輯思維品質，可使一些重、疑、難點化繁為簡，既深化對知識的理解，又培養學生的數學思維能力。教材中涉及到構建數學模型的內容還有很多，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，呼吸過程中隨氧氣的濃度增加ATP、CO2的變化曲線，光合作用中隨光照強度、溫度、CO2等條件的變化光合作用強度的變化曲線，脫氧核苷酸序列與遺傳信息的多樣性，堿基與氨基酸對應關系，調查人群中的遺傳病，用數學方法討論基因頻率的變化，探究自然選擇對種群基因頻率的影響，種間關系，等等。

通過建構數學模型，可以對生命現象進行量化，以數量關系描述生命現象，再運用邏輯推理、求解和運算等達到對生命現象進行研究的目的。在建構過程中使學生能從現象中揭示出本質和規律，可以培養學生的分析、推理與綜合的能力，便于學生迅速地理解新知識，提高學習效率。

模型的建立過程，實際上是一個科學探究的過程，通過建構模型，增強了學生的探究能力，對培養學生思維品質的靈活性、創造性及開發智力和提高解題速度等都十分有益。此外，通過建構模型還可以培養學生嚴謹的科學態度和科學精神，并能增強其合作意識。模型的建構改變了傳統的教學方式，加強了師生間的互動，充分發揮了學生的主觀能動性，在新授課、復習課、習題課中都可以靈活使用，能起到事半功倍的效果。

參考文獻：

[1]夏娉娉.模型方法在生物高考復習中的應用.新高考，2006，（7）：94.

[2]普通高中生物課程標準（實驗）.北京：人民教育出版社.

[3]趙占良.高中生物課標教材中的科學方法體系（人教版）[J].中學生物教學，2007，（03）：4-7.

[4]楊佩娟.生物教學模型的建構與教育價值[J].生物學教學，2006，31（09）：12-14.