生物學課堂教學模型構建例談

鄭艷玲

(江蘇省南京市江寧高級中學 211100)

本文按照人教版高中生物學教材中關于模型的分類標準，通過生物學課堂教學實例，對物理模型、數學模型和概念模型的構建進行闡述[1]。

1 物理模型

1.1 概念及作用 物理模型就是根據相似原理，把真實事物按比例放大或縮小制成的模型，它可以模擬真實事物的某些功能和性質。由于物理模型要根據實物的形狀、顏色、大小比例及特征來制作，能體現實物的自然順序和自然位置，能真實、形象地反映研究對象，更加直觀和形象地幫助學生熟悉對象的各個特征、微觀結構的位置以及相互關系，甚至在演示模型過程中掌握生命現象的本質。同時，能訓練學生的動手能力和立體形象思維。

1.2 實例：細胞膜的流動鑲嵌模型的構建 教師提供相關資料和信息，以及實驗材料(磷脂分子、蛋白質分子、糖分子的模型)，在此基礎上，學生分析，自主構建細胞膜的結構模型，隨著信息量的增加，不斷修正和完善模型。具體步驟如表1。

表1 細胞膜的結構模型構建

通過自主建構細胞膜的流動鑲嵌模型，學生對于細胞膜的成分和結構有更清晰的認識，能夠更加深刻地理解細胞膜中各種成分的排布方式、結構與功能的相互關系，更好地體會科學探究的樂趣，以及思維的嚴密性，讓學生更多地參與課堂活動。

2 數學模型

2.1 概念及作用 數學模型通過各種數學形式對生命現象量化，運用邏輯推理求解和運算達到對生命現象進行研究。數學方程式或坐標曲線作為描述一個系統或其性質的數學形式是聯系實際問題與數學的橋梁，具有解釋、判斷和預測等重要功能。

2.2 實例：種群增長的J型曲線的模型構建 創設一定的問題情境，計算細菌的數量變化，并引導學生找出規律將表格信息轉化為數學方程式或坐標曲線，用更加直觀的數學形式表述細菌的數量變化(表2)。

表2 種群的數量變化模型構建

表3 計算一個細菌在不同時間(單位為min)產生后代的數量

通過具體的實例，向學生滲透一種方法，可以用數學的形式描述生物學問題。然后引導學生對種群的數量增長模型進行假設和建構。再用建構的模型解釋生物學現象，并能夠用于解決實際問題。用同法構建并分析種群增長的S型曲線模型，當種群數量為K/2時，種群增長速率最大，因此可用于指導生產實踐：為了保護魚類資源不受破壞，并能持續獲得最大的捕魚量，應使被捕魚群的種群數量保持在K/2水平。防治有害生物，務必要及時控制種群數量，嚴防達K/2值處。

種群的數學模型是描述種群數量變動的主要手段之一，它不僅有助于概括各種生物因素和非生物因素與種群之間的相互關系，而且有助于了解這些因素是怎樣影響種群動態的，可以使復雜的種群動態系統簡化。同時，對某一時期種群大小進行預報，可達到闡明種群動態的規律及調節機制的目的。

從具體的生物現象與規律建立抽象的數學模型，又用抽象的數學模型來解釋具體的生物學現象與規律，通過生物科學與數學的整合，培養學生簡約、嚴密的思維品質。

3 概念模型

3.1 概念及作用 概念模型的建構把原本零碎的生物學知識歸納到一起，構成彼此聯系的知識網絡，簡單的概念又蘊涵了豐富的信息，便于復習教學的展開。同時也有利于學生的復習記憶，進一步的提高歸納和綜合能力。

3.2 實例：光合作用的過程概念模型構建 通過展示光合作用的過程發現科學史，學生分析光反應、暗反應的過程、場所，逐步構建光合作用過程的模型(表4)。

表4 光合作用過程的模型構建

學生解讀科學家實驗的過程，實際上是一種整理相關概念、梳理概念和厘清概念關系的過程。根據表4，學生可將光合作用的過程中涉及的物質變化，用文字、符號等逐步呈現出來，再用一定的連接詞表示物質之間的關系，從而構建概念模型(概念圖略)。這樣，有助于學生更加清晰各物質變化之間的內在聯系，理解光合作用的實質，對于光合作用的過程有更加系統的認識。由于模型是學生自主構建，所以印象更加深刻。