高中生物教學中的模型建構

張燕

摘要：該文結合生物新課程教學實踐案例，從物理模型、概念模型和數學模型三個方面，就高中生物教學中的模型建構作一探討。

關鍵詞：高中生物 模型建構 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描述，這種描述可以是定性的，也可以是定量的；有的借助于具體的實物或其他形象化手段，有的則通過抽象的形式來表達。建構模型的方法是高中生物課程標準對學生提出的能力要求。高中生物學課程中的模型建構活動，其主要價值是讓學生通過嘗試建立模型，體驗建立模型中的思維過程，領悟模型方法，并獲得或鞏固有關生物學概念。下面結合教材，以物理、概念和數學等模型的建構，對模型方法作一探討。

一、物理模型的建構

以實物或圖畫形式直接表達認識對象的特征，這就是物理模型。教材中最著名的就是沃森和克里克構建的DNA分子雙螺旋結構模型。

（一）實物物理模型的建構活化了抽象知識

建立細胞膜的模型，教材中并沒指定具體的材料用具和詳細的活動步驟，這給學生發揮各自的創造潛能留出了空間，也為教師的創新教學提供了機會。學完相關內容后，筆者布置學生6人一組。學生制作的模型中，細胞膜材料是多種多樣，如塑料袋、紗布、彈力布等，同學可采用廢棄可樂瓶瓶口部分做細胞膜，突現細胞三維效果。通過這第一次模型構建，充分發揮學生的積極性和創造性，按學生自己的思路，自主動手、相互協作，在制作中把握細胞膜模型的科學、環保、準確等原則，領悟細胞結構與功能特點，更好地掌握生物膜的流動鑲嵌模型。

（二）圖畫物理模型的構建提高了識圖能力

以圖畫形式構建物理模型相當普遍，如呼吸作用和光合作用等過程模型，各種細胞器結構的靜態模型，人體細胞與外界環境的物質交換模型等。通過多次模型的構建，學生養成了一種思維習慣，凡遇抽象的結構或過程，都會嘗試用簡易的圖畫幫助理解、思考。而且，在高中生物中，識圖能力極為重要。圖表是生物科學研究成果的一種重要表現形式，所以在生物高考中注重考查學生讀圖、識圖、析圖和繪圖的能力。平時學習中養成構建圖形的習慣后，對圖形考題的解讀也會更胸有成竹。

二、概念模型的構建

概念模型是指以文字表述來抽象概括事物本質特征的模型。構建概念模型有利于綜合理解知識體系

（一）構建概念模型，整合零碎知識

引導學生構建的模型，將相關內容整合在一起，使零碎的知識系統化，這有利于學生對某單元、某模塊知識進行加工、理解、儲存，全面系統地掌握和記憶知識要點，有利于學生形成完整、清晰、系統、科學的知識體系，同時也促進了學生感知、記憶、想象能力的發展。內環境的成分和理化性質、分泌蛋白的合成運輸加工和分泌等，都可通過構建概念模型，使學生更系統地掌握知識。

（二）構建概念模型，簡化復雜知識

血糖調節是一個重要知識點，且與人體健康有密切的聯系，但這一內容既“看不見，摸不著”，又極為復雜。故教材中安排了一個“建立血糖調節的模型”活動，意在引導學生更好地理解人體內血糖的調節過程，并理解激素如何對生命活動進行調節，同時，引導學生初步了解建構概念模型的基本方法和意義。目前看到的不少教學設計和案例中，大多把主要精力放在模擬活動上。事實上，在模擬活動后，根據活動中的體驗，構建圖解式概念模型才是本活動的重點。血糖調節一課中，筆者在介紹胰島、胰島A細胞和胰島B細胞及分泌的激素、作用后，和學生一起通過模型建構理解“胰島素和胰高血糖素調節血糖平衡的過程”。請一組同學利用事先做好的“糖卡、胰島素卡、胰高血糖素卡”示范，接著全班同學分組活動，依次探究飯后半小時及運動時機體是怎樣恢復正常血糖水平的，并用卡片進行演示。通過構建動態的物理模型，學生根據活動中的體驗，構建出了圖解式概念模型，通過各組代表交流最后歸納如圖4。通過模擬構建，學生對血糖的調節有了更深的理解。利用這一概念模型，學生學會了分析一些涉及到血糖變化的生理現象。通過構建概念模型，將復雜的生理過程簡化，不但有利于識記，還能培養分析、綜合、概括的能力，學會把看似復雜的知識進行整理，找到相關知識的聯系，提高靈活運用知識的能力

（三）數學模型的構建

數學模型是根據具體情景，抽象出數學規律，并用公式或圖表的形式表達。在科學研究中，數學模型是發現問題、解決問題和探索新規律的有效途徑。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能力，同時，通過科學與數學的整合，有利于培養學生簡約、嚴密的思維品質。

（四）構建數學模型，辨析易混知識

高中生物學中概念多，學生易混淆。用適當的數學模型可幫助學生理清概念。如，DNA經n次復制所需游離的某種脫氧核苷酸數和第n次復制所需游離的某種脫氧核苷酸數的區別，學生常混淆不清。課上，通過圖解分析，師生一起構建了數學模型：n次復制所需游離的某種脫氧核苷酸數=（2n-1）m（注：m為1個DNA分子所含某種脫氧核苷酸數和第n次復制所需游離的某種脫氧核苷酸數=2n-1m，難題立即迎刃而解。

（五）構建數學模型，化解重難點

有絲分裂、減數分裂均是微觀的變化，雖然我們常用flash動態展現整個過程，但對于染色體、DNA的變化規律，學生總覺得很難領悟。學習有絲分裂時，筆者先引導學生構建表格式數學模型，然后轉化成直觀的坐標曲線，最后再讓學生把染色體與DNA的變化曲線集合在一張坐標圖上，讓學生歸納后加以比較，掌握染色體和DNA變化規律的特點和區別，從而化解難點。減數分裂的學習也是如此。為了讓學生更好地理解有絲分裂與減數分裂過程中染色體、DNA變化的差異，筆者還設計了這樣一個問題情境：某精原細胞經一次減數分裂后產生的一個精子順利地與一個卵細胞發生了受精作用，形成的受精卵經過了一次有絲分裂，請你畫出這個過程中的染色體、DNA變化曲線。于是，學生嘗試著把兩個分裂過程的染色體、DNA變化規律圖整合在一起，通過比較分析，更深刻地理解掌握了難點。

參考文獻

[1]余自強.《高中生物課程應提高基本科學素養要求》，《生物學通報》，第2版

[2]游隆信.《生物學概念的教學策略探析》，《生物學教學》，2005年出版endprint