建模教學在高三生物復習中的實踐研究

鄒秀麗

【摘要】本文以人教版高中生物必修2 《孟德爾的豌豆雜交試驗（二）》一節內容為例，嘗試在課堂教學中通過建模教學引導學生構建概念模型、物理模型和數學模型循序漸進的建構知識，進而能較好的掌握知識，提高復習效率。

【關鍵詞】模型 建模教學 復習效率 實踐研究

【中圖分類號】G424.1 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2016）01-0058-02

現階段，各地高中學校都在進行緊張的高三一輪復習，怎樣的復習方式更有效率，是所有教師及學生都關心的問題。高三學習的特殊性、重要性要求教師必須科學有效地指導學生學習，尋求高效的復習方法。經過不斷摸索、反思，再到對教學效果的檢測，筆者發現在高三生物第一輪復習的過程中，很多教材內容運用建模教學法進行講授，脈絡鮮明、通俗易懂，可以幫助達到夯實基礎、提升能力的效果，提高了復習效率。

1.認識模型及建模教學

1.1模型的含義

模型是人們為了某種特定目的而對認識對象所做的一種簡化的概括性描述，這種描述是定性的或是定量的；有的借助于具體的實物或圖畫等其他形象化的手段，有的則通過抽象形式的符號、數學公式等來表達。

1.2模型的常見種類

1.2.1概念模型。指用文字和符號突出表達對象的主要特征和聯系，是對認識對象系統的一種簡化的定性描述，用于表示系統組成和相互關系。如生態系統能量流動過程圖解。

1.2.2數學模型。是用來描述一個系統或它的性質的數學形式，對研究對象的生命本質和運動規律進行具體的分析、綜合，用適當的數學形式來表達，從而依據現象作出判斷和預測。比如數學方程式、關系式、曲線圖和表格等概念，都是從客觀事物的某種數量關系或空間形式中抽象出來的數學模型。如孟德爾的雜交實驗“高莖：矮莖=3：1”

1.2.3物理模型。以實物或圖畫形式直觀地表達認識對象的特征，如DNA分子的結構模式圖。

1.3建模教學

建模教學是指通過引導學生構建概念模型、數學模型、物理模型等模型來研究、揭示原型的特征、規律和本質，以達到提高學習的效率或效果的一種教學方法。

在我國的《普通高中生物新課程標準》也非常重視模型的構建，要求在高中生物課堂中實施建模教學，同時新考試大綱重新對高考所要考查的能力進行了界定，如新課標中對關于概念理解能力的要求：能理解所學知識的要點，把握知識間的內在聯系，形成知識的網絡結構；對于在生物學上運用數學方法的要求：能用文字，圖表以及數學方式等多種表達形式準確地描述生物學方面的內容等等，因此，課堂中運用建模教學法組織教學也新課程的必然要求。

2.建模教學在高三生物復習中實踐

在高三復習過程中，遺傳規律是整個階段學生感到最棘手，最難以理解的內容，而這部分內容又是歷年高考的重點和熱點，是考查推理能力和綜合分析能力最好的生物素材。現筆者就以人教版高中生物必修二《孟德爾的豌豆雜交試驗（二）》一節內容為例，嘗試在課堂教學中運用建模教學法引導學生通過構建概念模型、物理模型和數學模型循序漸進的建構知識，進而能充分理解和掌握知識，提高復習的有效性。

2.1建構概念模型，夯實基礎

教材對本節內容的呈現，強調了科學史和科學方法的教育，讓學生親歷科學家的探究過程，包括一明一暗兩條主線：一條明線──孟德爾是如何發現并驗證自由組合定律；一條暗線──假說演繹法的一般探究過程。教師可引導學生沿著這兩條主線構建孟德爾科學實驗的規律模型（如圖1）。

通過構建這一概念模型，可以很好地抓住主干知識，發現各個知識之間的關系，可使零碎知識網絡化，立體化，使原來理解不清的知識清晰化，零散的知識系統化，機械的記憶靈活化。再來為了讓學生更好理解自由組合定律的實質，可以引導學生將自由組合定律與前面講的減數分裂聯系在一起，構建一個模型（如圖2），能培養學生學會把前后所學知識進行分析綜合，歸納整理，找出相關知識的內在聯系的能力。

2.2建構物理模型，明晰知識規律

要想提高做遺傳規律的題的效率，不僅要能掌握遺傳規律的本質，而且還要有非常高的“熟練度”。9：3：3：1是基因的自由組合定律中一種典型的子代表現型比例，它比分離定律更為復雜難掌握，另外近幾年的遺傳高考題還非常熱衷于考查9：3：3：1的各種變式。因此，下面通過構建棋盤模型與手槍模型，引導學生在幾何圖形中發現9：3：3：1隱藏的規律，提高學生運用的熟練程度。

2.2.1棋盤模型（如圖3）

觀察棋盤中的三角形Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ區域，分別說出這三區域的表現型種類和比例：

Ⅰ區域：雙顯性（ Y__R__ ）：9/16

Ⅱ區域：一隱一顯性（yyR__）：3/16Ⅲ區域：一顯一隱性（Y__rr）：3/16單顯性： 6/16（重組類型）

最后： 雙隱性（yyrr）：1/16

觀察棋盤中的兩條對角線，說出棋盤中兩條對角線的特點：

對角線①： 純合子四個，四種表現型，每種類型各有一個純合子，共占4/16。

對角線②：雙雜合子（YyRr） 四個，共占4/16。

例：兩對基因（A-a和B-b）位于非同源染色體上，基因型為AaBb的植株自交，產生后代的純合體中與親本表現型相同的概率是（ ）

A.3/4 B.1/4 C.3/16 D.1/16

解析：純合子為對角線①，共四個，（分母為4）；每種類型各有一個純合子，親本的雙顯性是四種表現型中的一種，即占1/4。

故選B。

這種快速解題的熟練度不會憑空產生，雖然學生完成以上棋盤模型任務要耗費一定的時間，但經過上述訓練，學生在動手的過程中獲得了第一手的感性資料，這跟用幾秒鐘看完課本的棋盤圖有很大的區別，因為學生在動手過程中親自參與了知識的構建，而不是被動的接受。

2.2.2手槍模型（如圖4）

通過前面的訓練，學生對9：3：3：1已經有了一定的熟練程度，為了使9：3：3：1的含義更加直觀，可引導學生完成下圖，建立手槍模型。

從這個手槍模型中找便于記憶的規律，如：“1”為純合子，“2”為單雜，“4”為雙雜；“4、2、2、1”等規律。

例： 白色球狀與黃色盤狀南瓜雜交，F1全是白色盤狀南瓜，產生的F2中雜合的白色球狀南瓜有4000株，則F2能穩定遺傳的黃色盤狀有（ ）

A.1333株 B.2000株 C.4000株 D.8000株

解析： 由題意可知 ：白色 盤狀為顯性，設白色為（A），盤狀為（B）

則：P： AAbb×aaBB

F1： AaBb

F2中雜合的白色球狀南瓜為： Aabb ，單雜有2份，為4000株

F2的黃色盤狀中的純合子為： aaBB，純合為1份，即2000株。選B。

熟悉手槍模型里的基因型比例規律，能幫助學生在解題時節省很多時間，大大提高做題效率。

2.3建構數學模型，復雜問題簡單化

在學習本節內容前，學生已經學習了《孟德爾豌豆雜交實驗（一）》，所以可引導學生從數學角度建立起兩對相對性狀的雜交結果9：3：3：1與一對相對性狀的雜交結果3：1的數學聯系，即：F1 YyRr（黃色圓粒）自交，F2表現型及其比例可這樣分析（如圖5 ）：

建立起這樣的一個數學模型，對推算兩對及兩對以上相對性狀的復雜概率題提供了個啟示：即先逐一分析每對性狀的相應結果，再運用數學概率的原理，將相對獨立的兩對及兩對以上的等位基因間的相應概率用相乘原理來計算，這樣就簡單多了！

例：已知A與a、B與b、C與C3對等位基因自由組合，基因型分別為AaBbCc、AabbCc的兩個體進行雜交。下列關于雜交后代的推測，正確的是（ ）

A.表現型有8種，AaBbCc個體的比例為1/16

B.表現型有4種，aaBbcc個體的比例為1/16

C.表現型有8種，Aabbcc個體的比例為1/8

D.表現型有8種，aaBbCc個體的比例為1/16

解析：先逐對分析每對性狀的結果：

Aa×Aa （ 1/4 AA： 1/2 Aa： 1/4 aa） 2種表現型

Bb×bb （ 1/2 BB： 1/2 Bb） 2種表現型

Cc×Cc （ 1/4 CC： 1/2 Cc： 1/4 cc） 2種表現型

所以，其雜交后代有 2x2x2=8 種表現型。

aaBbCc個體的比例為： 1/4 aa×1/2 Bb×1/2 Cc = 1/16，故選B。

構建數學模型可以把復雜的問題簡單化，其作為發現科學事實、揭示科學規律的過程和方法，在生物教學中有著十分重要的意義，學生一旦將模型方法內化為自己的認知圖式，就能獲得認知水平的躍進，如上述關于遺傳規律的計算。

3.建模教學實踐的反思

以上案例是以對自由組合現象的解釋及運用這一重難點知識的學習為主線，嘗試通過建模活動的方式突破重難點知識。實踐表明，理解模型和進行模型建構活動是高三復習課的一把鑰匙，它改變了傳統單一復習模式，能利用多種方式充分調動學生的主觀能動性，大大的提高了復習效率，體現了新課程改革的理念。如讓學生構建概念模型，把學生腦中零碎雜亂的新舊知識有序的整理成知識網絡，有效降低學生認知負擔和心理焦慮，提高教與學的效率；學生構建物理模型構，可以使研究對象形象化，直觀化，使相關知識便于理解；建數學模型，可使一些重、疑、難點化繁為簡，既深化了對知識的理解，又培養了學生的數學思維能力。

但是這樣的教學方式，需要有較高的學習基礎，無論是構建何種模型，都離不開嚴密的思維和科學探究精神，由于不同學生的認知有較大差異，所以對模型的理解及構建的模型也具有個體差異性，如何引導學生構建更完善的模型、運用好模型進行復習這些問題都還要一步研究和解決，需要在今后的課堂中要不斷改革和創新。

參考文獻：

[1]張維軍.淺談在新課程下運用模型構建提高生物課復習效率[J].魅力中國，2011，9（9）：133-134

[2]上官士棟.高中生物學遺傳規律內容的教學模型建構[J].生物學教學，2014，39（12）：26-28