初中生物學教材中模型的分類及建構*

龐四喜

生命科學研究離不開模型。《義務教育生物學課程標準（2022 年版）》中對生物模型及其建構有明確的要求，部分描述如下：“運用示意圖或模型等方式，展示和說明細胞各結構的功能及其相互關系”“運用圖示或模型表示生態系統中各生物成分之間的營養關系”“發展學生的建模思維”“通過繪圖或模型等形式呈現各個結構的特點”“結合學生的生活經驗，通過模型或實物展示”……由此可見模型及模型建構在生物學教學中的重要性。模型模擬的是被研究事物（原型）的結構形態、生理形態或運動形態，是原型的某個表征和特征，也是對原型的抽象和概括。模型不包括原型的全部特征，但能體現原型的本質特征。

下面筆者以蘇教版初中生物學教材為例，對生物學教材中的模型加以介紹。

一、初中生物學教材中的生物模型

生物模型的形式很多，包括物理模型、概念模型、數學模型等。依據不同的標準，可以對模型進行不同的分類。

1.物理模型

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。生物學中的實物模型（如生物體細胞結構的模型）就是一種物理模型。［1］更準確地說，以實物或圖畫形式直觀地表達認識對象的特征，這種模型就是物理模型。［2］例如，DNA 雙螺旋結構模型就是立體的三維物理模型。在平面上用簡單的圖畫表示研究對象也是一種物理模型。例如，七年級上冊中的“植物細胞的結構和功能示意圖”“人和動物細胞的結構示意圖”“草履蟲的形態結構示意圖”“番茄的結構層次示意圖”等。

2.概念模型

概念模型是指用文字、符號、圖示等將有一定關聯的名詞或過程連接起來，體現生命活動規律、機理等的一種模型，包括流程圖模型和概念圖模型等。概念模型有利于學生掌握生物學概念之間的聯系，助推學生掌握生命活動規律。例如，七年級上冊“植物光合作用的實質”一節中光合作用的反應式“二氧化碳+水有機物+氧氣”就是一個典型的概念模型。該反應式簡單明了地告訴學生光合作用的原料為二氧化碳和水，產物為有機物和氧氣，場所為葉綠體，需要光照作為條件。

3.數學模型

數學模型是指用方程式、關系式、曲線圖、柱形圖等數學形式來表達研究對象的結構、功能、發展規律。初中生物學教材中出現的數學模型有很多，例如，七年級上冊“生物與環境的關系”一節中“草原植物的繁盛和衰亡關系到鹿群的生活”曲線圖、七年級下冊“人體的激素調節”一節中的“正常人的血糖含量變化”曲線圖等。除此以外，教材中還有多處要求學生建構數學模型。

二、生物模型在教學中的作用

生物模型簡潔明了、直觀形象、通俗易懂，便于學生透過現象看本質，準確了解、認識原型。生物模型可使微觀世界“可視化”、復雜知識簡單化、抽象知識具體化，通過建構模型，能夠幫助學生更好地理解、掌握生物學知識。

1.生物模型可使微觀世界“可視化”

細胞是生物體結構和功能的基本單位，其結構和功能是初中生物學中的基礎知識。在進行七年級上冊“植物細胞的結構與功能”“人和動物細胞的結構與功能”兩節的教學時，由于細胞微小，肉眼一般無法直接觀察，給教學帶來一定的不便。為了激發學生的學習興趣，引導學生主動參與到知識的獲取過程，教師可讓學生先閱讀教材，之后對照文本內容利用身邊材料建構植物細胞模型、動物細胞模型。學生在建構模型中學習知識，并獲得成功體驗。例如，學生用漏斗、紅色毛線、綠色毛線、乳膠管等材料建構腎單位結構模型，有利于其深入理解腎的結構，為學習“尿液的形成”打下基礎。

2.生物模型可使復雜知識簡單化

初中生物學教材中有些知識較為復雜，學生一時難以理解。例如，在學習七年級下冊“人體的血液循環”一節時，對體循環、肺循環過程大部分學生一時搞不清楚。在這種情況下，教師可引導學生嘗試用文字、箭頭等表示循環過程，如“肺循環：右心室→肺動脈→肺部毛細血管網→肺靜脈→左心房”，也可采用同樣的方法來表示體循環過程。通過這樣處理，繁雜的知識顯得清晰明了，學生更容易掌握體循環、肺循環的過程。

3.生物模型可使抽象知識具體化

在學習八年級上冊“生物圈中的各種生態系統”這一節時，部分學生對“生態系統具有自我調節能力”感到不解。教師可借助一個典型的數學模型來解決這一難題。教師先介紹美國黃石公園滅狼與引狼入園事件，再結合“某生態系統中狼和鹿的數量變化曲線圖”（見下頁圖1），引導學生分析狼和鹿的數量變化關系。這樣便可使抽象的知識具體化，學生很容易理解“生態系統具有自我調節能力”，也很容易理解生態系統的自我調節能力是有限的，進而得出：生態系統中的生物種類越多，食物鏈和食物網越復雜，生態系統的自我調節能力就越強。

（圖1）

三、生物模型的理性建構

教育的藝術不在于傳授本領，而在于鼓舞和喚醒。要想讓學生學得好，必須設法讓他們真正動起來，讓他們參與到知識的獲取過程中。

1.建構模型，實現做中學

學習金字塔理論告訴人們，采用不同的學習方式，兩周以后能記住的內容（平均學習保持率）不同，平均學習保持率較高的有：教他人、做中學、小組討論。因此，教師可通過建構模型等活動的開展，讓學生實現做中學、學中做。通過生物模型的建構，加深學生對原型的認識，幫助其更好地理解生物學知識、掌握生物學原理。通過具體生物模型的建構，讓學生掌握建構模型的一般方法，并能運用生物模型解決相關問題。

2.科學建構生物模型

在設計、制作生物模型時，教師首先要考慮的是模型的科學性。例如，在學習“生命的誕生”一節時，要求學生用文字、箭頭等表示生命起源的過程，有學生寫成“無機小分子→有機小分子→有機大分子→原始生命→原始單細胞生物”這樣的書寫是不科學的。原始大氣與現在的大氣成分不同，含有甲烷、氨、氫氣、水蒸氣等，其中甲烷屬于有機物，因此將“無機小分子→有機小分子”改為“原始大氣→有機小分子”，更科學合理。

3.規范建構生物模型

生物模型的建構除了要科學、準確以外，還應注重規范性。實物或圖畫的大小、比例要適中，應力求直觀形象、通俗易懂；圖示要直觀，箭頭、符號、文字要簡潔、準確、清晰；數學表達式、關系式、曲線圖、柱形圖等要科學規范。初中生物學教材中出現的數學模型有很多，僅要求學生建構曲線圖、柱形圖就有多處，例如，七年級上冊“植物種子的萌發”一節要求依據數據，繪出種子發芽情況曲線；七年級下冊“關注生物圈 環境在惡化”一節中，要求依據數據繪制中國大陸人口增長曲線；八年級上冊“保護生物多樣性的艱巨使命”一節中，要求根據數據，繪制該地區哺乳類和鳥類受到威脅或瀕危的原因的柱狀圖；八年級下冊“遠離煙酒”一節中，要求繪制“清水和不同濃度的酒精對水蚤心率的影響”曲線圖。教師要引導學生在繪制曲線圖、柱形圖時要認真嚴謹，注意圖形的規范性。

在生物學課堂教學中教師要充分利用好物理模型、概念模型、數學模型等生物模型，以提高教學有效性。通過引導學生自主建構模型，改變學生的學習方式，促進深度學習的發生，提高學生的綜合素養。