建构生物模型,打造高效课堂

《普通高中生物课程标准（实验）》明确指出：“了解建构生物模型的科学方法以及学会在科学研究中应用，是培养学生生物科学素质的重要手段。”建构生物模型不仅有助于学生加深对核心知识的理解，而且有利于学生将所学的新知识构建成完整的知识体系。高中生物模型主要有三种：概念模型、数学模型和物理模型。下面以光合作用和呼吸作用为例，浅谈高中生物模型的建构。

1 呼吸作用的模型

呼吸作用的考查总体而言包括生物呼吸类型的判断和呼吸速率测定时实验误差分析，两种考查均可通过建构生物模型加深学生的理解。

1.1 呼吸作用类型的判断模型

判断呼吸作用类型的模型设计，主要注意两个问题：① 要设计两组模型，其中一组用于有氧呼吸的测定，另一组用于无氧呼吸的测定；② 实验设计要遵循三个原则即等量原则、单一变量原则、对照原则。

模型一：以酵母菌为背景的实验探究模型（图1）。

此模型可以达成以下目标：

① 判断酵母菌的呼吸作用类型；

② 判断酵母菌的有氧呼吸和无氧呼吸是否均产生CO2；

③ 判断酵母菌的有氧呼吸和无氧呼吸产生CO2量的差异；

④ 判断酵母菌的有氧呼吸和无氧呼吸是否均产生酒精。

模型二：以萌发的种子为背景的实验探究模型（图2）。

说明：① 两个装置中应放入等量的萌发种子，萌发的种子呼吸速率较大，现象较为明显。

② 一般在测定种子呼吸时，如何没有特定题干信息，呼吸作用消耗的底物认为是葡萄糖，呼吸商等于1，预期结果如表1所示。

模型三：以幼苗为背景的实验探究模型（图3）。

说明：若以幼苗为对象测定植物呼吸作用，则应该将两个装置进行遮光处理，防止植物光合作用引起装置中的气体体积的变化。同时用塑料袋将花盆套住，防止土壤中微生物呼吸对实验造成影响。

1.2 呼吸速率测定的误差分析模型

误差分析的目的就是评定实验数据的准确性，通过误差的估算和分析，可以认清误差的来源和影响，提高实验的质量。种子有氧呼吸速率测定时，存在着一些实验误差，通过设置对照组实验，可以有效地规避实验误差的影响。

误差一：种子表面的微生物呼吸作用引起液滴移动（生物因素误差），对照组设计如图4所示。

误差二：外界环境中温度、pH变化引起液滴移动（物理因素误差），对照组设计如图5所示。

误差三：种子自身呼吸释放热能引起液滴移动（物理因素误差），本组实验要注意时间的控制，对照组设计如图6所示。

2 光合作用模型

光合作用是高考重点考查的内容，其中光合作用速率的测定与分析常考，光合作用速率一般有以下表述：单位时间内，光下某植物的CO2吸收量、光合作用积累量等情况均代表植物的净或表观光合作用速率；单位时间内，植物光合作用制造量、半叶法测定的光合作用量均代表总或实际光合作用速率。

2.1 光合作用速率测定的模型

模型一：液滴移动法测定模型见图7（在NaHCO3缓冲液或CO2缓冲液维持装置中的CO2浓度不变的情况下，本模型利用单位时间内光合作用释放的氧气量与呼吸作用消耗的氧气量的差值表示植物的净光合作用速率）。

模型二：圆片上浮法测定模型见图8（光合作用速率可以用相同时间内，小圆片上浮数量的多少表示，也可以用三个试管中上浮相同数量小圆片所用时间的长短表示，但该实验方法只能比较大小，无法测出具体的量变）。

模型三：半叶法测定模型见图9（MB—MA表示叶片光合作用合成有机物的总量，即单位时间、单位叶面积干物质产生总量，本方法也叫半叶称重法，常用大田农作物的光合速率测定）。

模型四：黑白瓶法测定模型见图10（黑白瓶法常用于水生生物光合速率的测定，其中DB瓶表示黑瓶，用于测定水生生物的净光合作用量；LB瓶表示白瓶，用于测定水生生物的呼吸作用消耗量；IB瓶表示白瓶，用于测定水生生物原始氧气含量）。

2.2 光合作用速率测定的误差分析模型

光合作用速率测定最常用的方法是液滴移动法，当然其速率测定时也存在一些实验误差，与呼吸速率测定时误差来源形式基本相同，分为物理因素误差和生物因素误差。通过设置对照组实验，也可以有效地规避实验误差的影响。比如排除由外界温度或压强变化导致的实验误差的对照组实验设计如图11所示。

光合作用和呼吸作用是高中生物教材的主干知识，高考命题分值较大，区分度较高。常以各种生物模型为载体，围绕两者的生理过程以及内在联系进行命题。因此，在高中生物教学中教师有意识地指导学生构建生物模型，不仅能够让学生更透彻的理解生物学核心知识，而且对于指导高中生物新课程内容的教学也具有重要的作用。