例析通過構建模型幫助學生提煉生命觀念

摘要：當下新教材的使用，生物課堂不再以傳授知識為唯一目的，更需幫助學生形成科學的生命觀念。將構建模型應用在課堂教學中，能讓很多生命現象和生命活動在模型的解釋下變得清晰明了。教師可采取構建物理模型、概念模型、數學模型的教學方法來處理新教材中相關內容，幫助學生形成正確的生命觀。

關鍵詞：新版教材;課堂教學;構建模型;生命觀念

隨著新課程教學的改革，高中教師需發展學生的核心素養：生命形成和發展的觀念、科學發現問題解決問題的思維方式、科學設計實驗探究和解決問題的能力以及現在及將來對社會所承擔及履行的職責。將構建模型應用在教學上，比單純的文字闡釋更易理解，幫助學生提煉生命觀念。

被動記憶背誦知識點，是難以深入研究生命問題，難以理解因果關系，難以構建知識體系。模型構建則需要主動對知識進行整合，對問題進行研究和理解，構建模型過程也是逐步形成生命觀念過程。模型構建的一般步驟：現象觀察，初步構建合適模型，通過實驗檢驗，模型成立或修改。下面以2019版人教版高中生物教材有關內容為例，淺談如何通過構建模型來幫助學生形成生命觀念。

一、構建DNA雙螺旋結構的物理模型來幫助學生形成“結構與功能觀”

物理模型，即以實物或者圖畫形式直觀地表達認識對象的特征。下面筆者通過學生制作的DNA雙螺旋結構的模型過程，分析其意義。

1、DNA雙螺旋結構物理模型構建過程

（1）原型分析： DNA結構：平面結構為兩條單鏈反向平行;空間結構為雙螺旋結構;基本骨架為一條鏈上相鄰的兩個脫氧核苷酸之間，通過脫氧核糖和磷酸交替連接而形成;兩條鏈上相對的兩個堿基形成氫鍵，并遵循G與C，A與T配對。

（2）模型準備：用黃卡紙剪出五邊形卡片若干;粉卡紙剪出圓紙片若干;分別用綠和藍色卡紙剪出長方形紙片若干，再將一端兩角剪去;分別用紅色和紫色卡紙片剪出長度較短的長方形紙片，將一端內側剪掉一個三角，使凹面與前面的長方形凸出的尖角能吻合;曲別針若干;細長鐵絲若干。

（3）模型制作：磷酸基團用粉圓紙片表示，脫氧核糖用黃色五邊形紙片表示，腺嘌呤用綠色長方形帶尖角紙片表示，鳥嘌呤藍色長方形帶尖角紙片表示，胞嘧啶用紫色長方形帶凹面紙片表示，胸腺嘧啶用紅色長方形帶凹面紙片表示。曲別針分別作為普通化學鍵、磷酸二酯鍵、氫鍵。（1）五邊形相對的一角與長方形紙片平的一端用別針連起來，將粉色圓紙片和黃色五邊形相對的另一角用別針連起來，表示一個脫氧核糖核酸分子。（2）將一個連好的脫氧核糖核苷酸分子模型，與另一個連好的脫氧核糖核苷酸分子模型的圓紙片用別針相連，如此依次連接（3）將已連好的鏈，按照堿基互補配對原則連接互補鏈，將紅色紙片與綠色紙片用別針相連，用細鐵絲固定，將雙鏈朝右手螺旋方向旋鈕。

2.模型檢驗與調整

將制作好的模型與新版教材必修二48頁到49頁介紹完沃森和克里克構建DNA雙螺旋結構過程的科學史的信息和50頁關于DNA 圖文介紹做比較，觀察有無知識性偏差。

3、構建DNA雙螺旋結構物理模型過程對學生形成“結構與功能觀”的作用

“結構與功能觀”指特定的結構必然有與其相適應的功能存在。學生在構建DNA物理模型中，可以深入理解與功能相適應的結構特點：（1）脫氧核苷酸連接成長鏈時，堿基排序千變萬化，使得DNA能儲存大量遺傳信息，了解DNA多樣性的含義。（2）DNA獨特的雙螺旋結構，使得結構非常穩定，堿基對位于內部，不會輕易突變。（3）一條已連接好的DNA單鏈為模板，按照A與T、G與C的配對原則，產生互補的子鏈，確保DNA能精確自我復制，與必修二55頁DNA復制的過程聯系起來。不過在特殊條件下，也可能發生復制出錯，而出現變異，與必修二80頁的基因突變聯系起來。構建物理模型形成知識網，讓學生提煉出“結構與功能觀”的生命觀念。

二、構建“血糖調節”數學模型對學生形成“穩態與平衡觀”的作用

構建數學模型，就是從具體問題出發，歸納出抽象的數學模型來解釋具體生命現象中的規律，再利用這個數學模型來解釋其他具體的生命問題，檢測其準確性和普遍性的過程。建立數學模型一般包括以下步驟：（1）確定調查對象，提出問題;（2）對問題提出合理假設;（3）進行試驗，建構數學形式;（4）進一步驗證或修正模型，。

1、血糖調節數學模型的構建過程

（1）提出問題：人進食后一段時間血糖濃度會如何變化？當長時間未進食血糖濃度如何變化？機體如何調節的呢？

（2）提出合理假設：健康人無論在運動還是安靜狀態，血糖濃度能維持平衡。血糖調節主要依靠胰島素和胰高血糖素的作用。

（3）根據實驗數據，建立數學模型：

通過測量，某人從早餐到中午12時期間血糖濃度和激素變化如下圖所示：

（4）進一步實驗，檢驗修正

血糖濃度變化有神經和激素調節，構建以下的數學模型：

結果顯示，健康機體在不同條件下，血糖含量能在一定范圍內波動，主要依賴于胰島素和胰高血糖素的調節，構建的數學模型可以解釋不同情況下的血糖維持相對穩定與激素調節之間的數學關系。

2、血糖調節數學模型的構建過程對培養學生形成“穩態與平衡觀”的作用

學生構建數學模型過程中，學生會對生命系統保持“穩態與平衡”這一現象，理解的更具體更深入，從而樹立“穩態與平衡觀”。

自主構建模型，學生學會分析生命現象，對信息整合，解決真實情景下的問題，養成科學思維。有了對生命問題的深入思考，才會對生命本質有所感悟，提煉出核心的生命觀念。

參考文獻：

[1]朱正威、趙占良：生物學必修1《分子與細胞》（第1版），人民教育出版社2019年版，第50-51頁，第57頁。

[2]朱正威、趙占良：生物學必修二《遺傳與進化》（第1版），人民教育出版社2019年版，第48-51頁，第112-114頁。

[3]張秀紅，崔鴻，朱家華：美國高中生物學教材《Biology》體現學科核心素養的特色分析與啟示[B].2018（34）：68-70。

作者簡介：王培花（1991.11-）女，漢族，安徽省滁州市人，華中師范大學，生命科學，本科。單位：合肥六中，中二，生物新課程標準。