模型構建在高中生物教學中的應用

建模法最早被用于數學與物理學科的教學，在高中生物課堂中，生物建模的主要作用是為了具象化生物學習的思維過程，加深學生對生物概念、原理的理解。

在新課改背景下，生物建模作為一種科學高效的教學方法已經逐漸走入高中生物課堂，為生物教學注入了新鮮血液。通過生物模型的構建，學生得以建立全面的生物知識體系，有利于將教材中的知識點向學生個體轉移。學生在建模法潛移默化的影響下，自身的操作技能、信息檢索能力、實驗探究能力都得到顯著提升。

一、物理模型構建

物理模型指的是人們為了某種特定的目的而對認識對象的一種簡化的概括性描述，通過圖形和實物的幫助，來幫助學生們實現對認知對象的認識。在高中生物教材中，典型的物理模型包括DNA分子雙螺旋結構模型、細胞膜的流動鑲嵌模型和演示細胞分裂的橡皮泥模型。在實際生物教學中，教師不妨選取一些簡單的模型，安排學生進行建模訓練，加深學生對生物概念的理解。

例如，在高中生物“幾種細胞器的結構和功能”章節的教學中，教師可以要求學生仿照教材中的圖片，利用橡皮泥、可樂瓶、乒乓球等器材來制作細胞器模型。在教師的分配下，有一組學生制作的是內質網模型，他們將橡皮泥壓平后制作成褶皺的形狀，在將模型上噴上色彩，簡單的內質網模型即可建成。通過內質網物理模型的構建，學生們認識到，內質網是一種單層膜折疊體，是由生物膜構成的互相連通的片層隙狀或是小管狀系統。在進行物理建模的同時，教師可以及時利用學生們的思維火花，將內質網的功能、特性介紹給學生們。對于內質網而言，其是有機物的合成車間，也是蛋白質運輸的通道。教師有時會驚奇地發現，學生們認識到內質網是蛋白質運輸的通道，于是學生們會在制作的橡皮泥模型上制作很多小孔，這就是學生們思維火花迸濺的成果。為了達到生物教學的系統性，教師往往繼續要求學生進一步深入，將內質網中的高爾基體和核膜也制作出來。通過物理模型的構建，學生們在生動有趣的建模過程中，對生物知識得到了更加深刻的認識，課堂氛圍也到火活化。

二、數學模型構建

數學模型指的是結合生物教學的實際需求，利用數學規律、公式或數學圖像來表達概念的一種模型。簡言之，數學模型就是用來描述一個系統或是它的性質的數學形式。通過數學模型的構建，實現了生物與數學學科之間的聯系性。在高中生物教學中，典型的數學模型包括J型（S型）變化曲線、酶活性影響曲線、細胞分裂周期等。數學模型實現了生物知識的量化，體現了科學知識體系的嚴謹性。

例如，在高中生物“真核細胞分裂方式”的教學中，學生們往往難以理清有絲分裂和減數分裂的類型和特點，在此不妨利用數學模型來幫助學生理解這兩種分裂方式。有絲分裂分為前、中、后、末期，不同階段的DNA含量、染色體數量都發生變化。減數分裂則主要是針對生殖細胞，例如精子和卵細胞的分裂就屬于減數分裂的類型。例如對體細胞的減數分裂，從精原細胞、初級精母細胞、次級精母細胞到最后形成的精子細胞過程。在減數分裂的過程中，染色體含量和DNA含量也是不斷變化的，為了達到加深學生理解的目的，教師可以繪制如下的數學模型。這一系列的數學圖形將有絲分裂和減數分裂的各個過程展示給學生們，有助于加深學生對這兩種分裂類型的理解。從數學模型中，我們可以看出這兩類分裂的區別：從起點和終點上來看，始末點處于同一水平位置的是有絲分裂，反之則是減數分裂。同時，利用下圖還可以判斷出染色體和DNA的曲線，傾斜線型即是DNA圖形（因為DNA分裂需要一定的時間），若是突變，則是染色體的圖線。

三、概念模型構建

概念模型，顧名思義，是利用文字的方式將生物學科的本質概念抽象出來，從而達到系統性教學的目的。高中生物教材中常見的概念關系說明圖就是最典型的概念模型，例如教材中的自然選擇學說章節的概念圖、光合作用的過程以及能量變化關系、細胞器的共同特征等，都是利用概念模型構建生物知識的典型。尤其是在生物學科的復習階段，概念模型是最直接高效的教學手段，教師必須合理利用。

例如，在進行“胰島素和胰高血糖素的血糖平衡調節”的教學中，教師不妨嘗試利用概念模型進行輔助教學。在傳統的教學方式中，教師會利用口述的方式進行教學：當人體血糖濃度下降或是胰島素分泌增加時，會直接作用于胰島A細胞，致使其分泌胰高血糖素;當血糖濃度上升或是胰島素分泌降低，則會自動導致胰島A細胞的分泌減少。這是胰島素和胰高血糖素控制血糖原理，但是如此純粹性的理論教學，學生們難以感興趣。對此，教師為學生繪制了如下的生物概念模型，將整個控制過程利用概念之間的控制關系表示出來。在實際教學過程中，教師還為學生們帶來了“糖卡、胰島素卡、胰高血糖素卡”，安排學生進行血糖濃度變化的探究性實驗。學生們分別在飯后和運動半小時后測量自身血糖濃度值的變化，了解人體的血糖平衡工作原理。在生物概念模型和課后探究實驗的雙重作用上，學生在該章節的課堂教學上表現得十分積極。在進行其他類似章節的生物知識教學中，教師也同樣可以為學生們制作概念模型，幫助學生對生物概念達到更加深刻的認識。

總之，高中生物模型構建的精髓在于教師的引導，教師必須為學生們創設有效的情境，將模型創建的過程的思路展示給學生們。只要幫助學生掌握模型制作的方法，才能真正達到模型構建在生物教學中的作用，促使學生們在實踐探究的過程中不斷提高自身的生物學科素養。

（作者單位：江蘇省射陽縣陳洋中學）