模型構建法在高中生物教學中的應用

甘肅 梁金平

在高中生物教學中，學生經常會出現概念和原理記不清引起的概念混淆；知識點背得滾瓜爛熟卻還是不會做題等。究其原因是教師在教學過程中忽視了模型構建的訓練，理論與實際不能很好地結合，從而阻礙了學生解題能力的提高。

1.模型方法概述

《美國國家科學教育標準》中的表述：模型是與真實物體、單一事件或一類事物對應的而且具有解釋力的試探性體系或結構。

所謂“模型”是指模擬原型（所要研究的系統的結構形態或運動形態）的形式。它不再包括原型的全部特征，但能描述原型的本質特征。模型方法是以研究模型來揭示原型的形態、特征和本質的方法，是用“已知”解釋、概括、認知“未知”。

2.模型的形式或種類

人教版教材中所述的三種模型的含義如下：

物理模型是指以實物或圖畫形式直觀地表達認識對象特征的模型，如人工制作或繪制的DNA分子雙螺旋結構模型、真核細胞三維結構模型等；物理模型既包括靜態的結構模型，如真核細胞的三維結構模型、細胞膜的流動鑲嵌模型等；又包括動態的過程模型，如教材中學生動手構建的減數分裂中染色體變化的模型、血糖調節的模型等。

概念模型是指以文字表述來抽象概括出事物本質特征的模型，如對真核細胞結構共同特征的文字描述、光合作用過程中物質和能量變化的解釋、達爾文的自然選擇學說的解釋模型等。

數學模型是指用來描述一個系統或它的性質的數學形式，如“J”型種群增長的數學模型Nt=N0λt。

3.模型構建在教學實踐中的應用

3.1 新授課中，運用實物、標本、圖片、模式圖等物理模型加強知識的直觀性

新授課時學生剛接觸生物學某一方面的知識，就會面臨盡快記住大量概念、理解概念間的內在聯系等諸多困難。應用模型可以幫助學生認識事物原貌，有助于學生記憶、整理、理解和運用所學知識。比如單克隆抗體制備過程示意圖（課本插圖），通過對模型的講解，學生不但輕松地了解了骨髓瘤細胞、效應B淋巴細胞、雜交瘤細胞、細胞培養等概念，而且很快領會了單克隆抗體的制備過程。

3.2 復習課中，構建抽象模型（知識網絡圖）統領全局

抽象模型有助于學生真正理解組成模型的各要素之間的普遍聯系。如以細胞為核心概念以輻射的方式將細胞的化學組成、細胞的結構和功能、細胞的分化、癌變和衰老、細胞的增殖及細胞工程等內容有機地組織在一起，以一個抽象模型的形式開展教學，可以幫助學生認識細胞這一概念的實質，將相關知識點有機地聯系起來，實現對細胞相關知識全方位、多角度的理解。

3.3 習題課中，運用模型構建高效解題

在習題課程中，引導學生以模型的思想解答題目或者指導學生基于題干條件自主構建模型解答。在教與學的過程中，很多生物現象受限于客觀條件，不能直接通過實驗的方式來認識問題。所以，教師引導學生構建數學模型來解答問題，讓學生自主地將解答內容轉化為圖示或者公式形式，以數量關系、空間關系等來描述解題思路。例如引導學生從數學角度分析兩對相對性狀遺傳過程中后代的基因型、表現型的種類以及概率是兩對相對性狀獨立遺傳結果的乘積。

4.模型的構建和重建

我們在課本上可以看到許多模型構建的具體實例，如嘗試制作真核細胞的三維結構模型、利用廢舊物品制作生物膜模型、建立動態的血糖調節的模型、培養液中酵母菌種群數量的變化模型等。通過具體的構建體驗，可以加深對模型特點的認識，理解模型在反映事物或過程方面的簡化和直觀性。

5.模型間的轉換

采用不同的模型來簡化特定的生物學問題能夠幫助學生深刻認識問題的變化規律和實質，是非常有效的一種表達手段。利用模型間的轉換來考查學生對相關生物學問題的認識水平，也越來越頻繁地出現在高考試題中。

例：科學家提供35S標記的氨基酸培養哺乳動物的乳腺細胞，測量細胞合成并分泌乳腺蛋白過程中各種膜結構的面積變化，結果如下圖。下列選項中a、b、c所代表的膜結構名稱以及放射性標記出現的先后順序正確的是（ ）

A.a核糖體→b內質網→c高爾基體

B.a內質網→b高爾基體→c細胞膜

C.a高爾基體→c內質網→b細胞膜

D.a內質網→c高爾基體→b細胞膜

顯然，該題是將課本上的相關物理模型（見必修1第48頁資料分析：豚鼠胰腺腺泡細胞分泌物形成過程圖解）轉換成了數學模型，考查學生的模型轉換能力。

【答案】D

6.模型構建方法的反思

高中生物教材中的許多結構模式圖、結構示意圖、原理過程圖等都是教學中的科學模型，它們能簡化、直觀地解釋并描述生物學知識，學生可以通過構建模型對知識的未知屬性、事實進行推測重建、發現問題，從而認識事物中所蘊含的規律。高中生物學課程中的模型構建活動，使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。因此運用模型方法進行教學能夠促進學生的認知水平的發展，促進學生對知識的理解。

總之，用模型構建方法組織教學，將有助于學生直觀地感受生命的基本特征，用構建模型的方法反映生命活動的規律，使規律更容易被學生接受。