模型轉換在高中生物教學中的應用

摘 要：本文總結歸納了平時教學、解題分析和綜合復習等環節中模型轉換能力的培養，對教學實踐中的體會進行了反思和總結。

關鍵詞：高中生物教學；模型轉換；解題分析；綜合復習

近年來，模型教學廣泛應用數學、物理、化學和生物等課堂，并已經成為中學教學研究的一個熱門課題。新課程背景下的《普通高中生物課程標準》也增加了模型建構等教學內容，建模思維和建模能力成為中學生必備的科學素養。因此，引導學生認識模型和熟悉模型，尤其在特定情景下進行模型轉換，日益成為中學生物教師教學中的焦點。

一、 模型轉換能力的培養

（一） 平時教學中培養模型轉換意識

要進行模型轉換，首先必須熟練掌握各種模型的構成以及各自特點。因此教師在平時教學過程中，必須引導學生去認識模型，分析模型，特別是教材中出現的幾個典型的生物模型要重點討論和講解，如光合作用相關坐標曲線模型、DNA的結構模型和減數分裂染色體變化模型等，從而培養學生構建模型和轉換模型的意識。例如：教學《細胞的增殖》中的“細胞周期”這一概念時，我要求學生選擇用不同的模型來表示一個細胞周期。學生根據自己的愛好和特長先自主思考，然后再進行同桌間的討論。匯報時，有的用一個圓來表示（圖1），把細胞周期的連續性表現得淋漓盡致；有的用線段來表示（圖2），簡潔明了；有的用坐標曲線來表示（圖3），能較好反映細胞周期中關鍵性物質DNA的變化；還有一些同學用柱形圖表示（圖4），更加直觀，各期比例非常清楚。最后我要求學生總結和歸納各模型的優點，對各模型進行比較分析，找出相互之間的聯系，以及如何進行相互之間的轉換，從而培養模型轉換的意識。

教學反思：模型轉換意識的培養應貫穿于平時的點滴教學中，要引導學生自主地進行模型構建和模型轉換，要結合學生的興趣和個性特長開展教學活動。眾所周知，學生在情緒、興趣、注意、思維等諸多方面存在著差異，同一種方法不一定適合每一個學生。教師在開展模型轉換教學時，要充分發揮學生的主體作用，尊重學生的個性、特征。讓學生自由選擇相應模型來解決實際問題，教師及時指導如何進行模型之間的轉換，這樣既培養了模型轉換的意識，又能使學生獲得最大限度的發展。

（二） 解題分析時運用模型轉換方法

在解題過程中，有時會遇到題干很復雜很難理解的題目，學生讀了幾遍還是無法真正理解題目表達的意思，這時如果能夠把復雜題干轉換成一個概念圖模型，用圖解的方法把其動態變化的過程展示出來，會起到事半功倍的效果。

例題呈現：研究小白鼠的生命活動調節時發現：向小白鼠注射促甲狀腺激素，會使下丘腦的促甲狀腺激素釋放激素分泌減少。對此現象的解釋有兩種觀點，觀點一：這是促甲狀腺激素直接對下丘腦進行反饋調節的結果；觀點二：這是促甲狀腺激素通過促進甲狀腺分泌甲狀腺激素，進而對下丘腦進行反饋調節的結果。為探究原因，請根據以下實驗材料和用具，設計實驗思路，并預測實驗結果。

（1）實驗材料和用具：生理狀態相同的小白鼠若干，各種相應手術、注射器材，適宜濃度的促甲狀腺激素等（對相關激素的檢測方法及相關手術過程不作要求）

（2）實驗步驟：

①將生理狀態相同的小白鼠平均分為A、B兩組，測定兩組動物血液中________的含量，取平均值。

②用手術器械將A組小白鼠的________（器官）切除，B組做相同的外傷手術，但不摘除此器官。

③ 。

④ 。

（3）請你預期實驗現象并得出相應的結論。

（4）如果實驗得到的結果既不支持觀點一，也不支持觀點二，請你再提出其他的觀點。

解析：在改卷過程中，發現學生錯誤很多，得分率很低，各種錯誤解答五花八門。我經過整理后，作了細細的思考，努力尋找錯誤的癥結所在，并且又找了一些同學進行交流和分析，終于找出了出錯的主要原因：拿到這個題目，讀完冗長的題干，不知道如何分析，無法理解題干所表達的意思。這時我及時地提示學生進行模型轉換，引導學生把題干文字陳述轉換成概念圖模型再進行分析（圖5）。學生馬上發現整個題干的意思就變得清楚明了：該實驗題要探究的問題無非是促甲狀腺激素是直接抑制下丘腦的活動還是間接抑制下丘腦的活動。

圖5 概念圖模型

答案：（2）①促甲狀腺激素釋放激素 ②甲狀腺 ③向A、B兩組小白鼠注射等量的適宜濃度的促甲狀腺激素 ④在相同且適宜的環境條件下培養一段時間，測定A、B兩組小白鼠血液中促甲狀腺激素釋放激素的含量，取平均值。

（3）若A組小白鼠促甲狀腺激素釋放激素不減少（或增加），B組小白鼠促甲狀腺激素釋放激素減少，則支持觀點二；若A組小白鼠和B組小白鼠促甲狀腺激素釋放激素都減少，且減少的量相等，則支持觀點一。

（4）這是促甲狀腺激素對下丘腦進行反饋調節，又通過促進甲狀腺分泌甲狀腺激素，進而對下丘腦進行反饋調節的結果。（其他答案合理也給分）

反思體會：概念圖模型是把題干中文字和關鍵詞由箭頭等符號連接形成的一種模型圖，它的特點是圖示比較直觀化、模式化，表達比較簡明、清楚。它既能揭示事物的主要特征、本質，又直觀形象、通俗易懂。概念圖模型能較好地反映題干表述的意思，可將內隱的思維過程展現在學生面前，經過分析能迅速獲得該變化過程的關鍵特點和規律，抓住各事物之間變化的本質原因，提高學生思維能力和解題能力。

（三） 綜合復習時進行模型轉換的分析

在細胞代謝的復習中，很多生理過程都依賴圖、表和曲線等模型呈現出來。因此，在綜合復習時進行模型轉換教學是非常必要的。并且在教學中進行模型轉換的分析不僅能提高學生對生理過程本質的直觀認識，而且能領悟到生物模型的科學美，培養解決實際問題的能力，激發學生的創造性思維。

例如在代謝復習時出現下面這個模型：甲圖表示某適溫下植物葉肉細胞在光照強度分別為a、b、c、d時，單位時間內葉肉細胞CO2釋放量和葉綠體O2產生總量的變化（單位略）。看到這個模型時，我沒有直接要求學生去認識它，而是拿出了平時代謝教學中很熟悉的另外一個模型（坐標曲線圖乙），通過設置一系列問題層層引導學生對這兩個模型進行比較和分析：

問題1：甲圖a點代表植株什么生理狀態？對應于乙圖哪個點？學生回答：甲圖a點表示光合速率為0，對應于乙圖A點。

問題2：甲圖b點和c點又代表植株什么生理狀態？分別對應于乙圖哪個點？經過一番思考與討論，學生回答：甲圖b點時，光合速率是3個單位，呼吸速率不變仍是6個單位，所以呼吸速率大于光合速率，對應于乙圖AB之間的某個點（不包括A點和B點）；c點葉綠體O2釋放量為6，葉肉細胞CO2釋放量為0，代表光合速率等于呼吸速率，對應乙圖中的B點。

問題3：甲圖中d點對應于乙圖中的C點嗎？學生回答：不一定，從圖中信息很難判斷，可能是BC之間的點，也可能是C點以后。通過上述比較分析，能激發學生的思維，提高應變能力，使知識融會貫通，真正做到“懂一題，會一類”的效果。

教學體會：坐標曲線比較形象直觀，能清晰地反映出隨光照強度變化各階段葉肉細胞CO2的數量變化以及葉綠體O2釋放量的變化，把直方圖模型轉換成曲線模型后將兩者進行比較分析，能培養學生模型轉換的能力，掌握解答這類題目的方法，也增強了自身分析思維能力。

二、 實踐中的幾點想法

模型轉換作為高中生物一種科學的思維方法，對學生知識、能力、情感態度的發展具有重要意義，該方法的要點是抓住題干中原模型的本質特征以及題目的客觀要求，把復雜的原模型進行簡化，以構建一個能解決題目客觀要求的新模型，便于學生解決許多實際的問題，更透徹地理解生物科學知識。在具體的教學實踐中，筆者有以下幾點想法：

（一） 運用的目的要明確

必須有利于學生對原模型的理解，這是解題中運用模型轉換的前提條件。不能立足于表面和形式化，不講究實效。不能只是了解模型轉換的知識，不掌握模型轉換的具體方法，造成學生只是學到膚淺的知識，沒有真正提高能力。因此，通過模型轉換教學，必須能增強學生對問題本質的認識，有效提高學生的解題能力，提高生物學素養。

（二） 授之以漁，讓學生會學

俗語說得好“授人以魚不如授人以漁”。因此，在教學中應該積極引導學生去理解、掌握和運用。以學生為教學的主體，是模型轉換教學的核心，也符合新課程的理念。當題目呈現的材料或模型很難對該題進行分析時，及時引導學生進行模型轉換，讓學生主動地參與知識的運用過程。教師通過提出一系列問題，如進行哪種類型的轉換；這樣轉換的優點；轉換過程中應該要注意哪些問題等，通過讓學生相互討論，進行必要的思維碰撞，讓學生學會模型轉換的方法，認識到通過對各種模型的比較、分析和總結，找出知識的本質聯系和區別，提高學習的能力。

（三） 不能把模型轉換作為絕對真理去認識和運用

模型轉換是在一定的條件和范圍內操作的，運用時一定要注意條件或做一些必要的修改。且并不是所有的生物模型試題都需要進行模型轉換，那些直接利用原模型就能輕松解答的生物試題是沒有必要進行模型轉換的。因此，模型轉換作為高中生物教學一種重要方法，要用得恰當、合理，才能在生物試題解答中發揮其重要的作用。

參考文獻：

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作者簡介：

陶志堅，浙江省紹興市，浙江省紹興市柯橋區柯橋中學。