高中生物教学中的模型建构

【摘 要】该文结合生物新课程教学实践案例，从物理模型、概念模型和数学模型三个方面，就高中生物教学中的模型建构作一探讨。

【关键词】高中生物；模型建构

模型是人们为了某种特定目的而对认识对象所作的一种简化的概括性描述，这种描述可以是定性的，也可以是定量的；有的借助于具体的实物或其他形象化手段，有的则通过抽象的形式来表达。建构模型的方法是高中生物课程标准对学生提出的能力要求。高中生物学课程中的模型建构活动，其主要价值是让学生通过尝试建立模型，体验建立模型中的思维过程，领悟模型方法，并获得或巩固有关生物学概念。下面结合教材，以物理、概念和数学等模型的建构，对模型方法作一探讨。

一、物理模型的建构

以实物或图画形式直接表达认识对象的特征，这就是物理模型。教材中最著名的就是沃森和克里克构建的DNA分子双螺旋结构模型。

1.实物物理模型的建构活化了抽象知识

建立真核细胞的模型，教材中并没指定具体的材料用具和详细的活动步骤，这给学生发挥各自的创造潜能留出了空间，也为教师的创新教学提供了机会。学完相关内容后，笔者布置学生8人一组，其中4个小组构建动物细胞模型，3个小组构建植物细胞模型。

学生制作的模型中，细胞质材料有白色橡皮泥、面团、琼脂和白色泡沫塑料等。细胞膜材料也是多种多样，如塑料袋、纱布、弹力布等，有一组同学采用废弃可乐瓶瓶口部分做细胞膜，突现细胞三维效果。细胞器的制作，大多采用各色彩泥，如内质网是捏一条扁平的彩泥之后折叠在一起而成；高尔基体则用二个扁平的彩泥和三个小球表示；核糖体则用若干小球体表示，形状最小，较多的放于细胞质中，一部分固定内质网上。也有同学用各色彩纸折成各种细胞器。细胞核的制作也是各式各样，有的在细胞质中央挖一圆，放上一个圆形彩泥；有的则用一个乒乓球代替，也有的用半个蛋壳倒扣在细胞质中表示。很难得的是大多数小组制作的模型能体现细胞器结构和功能的联系。

通过这第一次模型构建，充分发挥学生的积极性和创造性，按学生自己的思路，自主动手、相互协作，在制作中把握细胞模型的科学、环保、准确等原则，领悟细胞结构与功能特点，更好地掌握细胞的结构，活化了抽象知识。生物膜的流动镶嵌模型、DNA分子的双螺旋结构模型的构建，也都取得了良好的效果。

2.图画物理模型的构建提高了识图能力

以图画形式构建物理模型相当普遍，如呼吸作用和光合作用、转录与翻译、噬菌体侵染细菌等过程模型，各种细胞器结构的静态模型，人体细胞与外界环境的物质交换模型等。通过多次模型的构建，学生养成了一种思维习惯，凡遇抽象的结构或过程，都会尝试用简易的图画帮助理解、思考。而且，在高中生物中，识图能力极为重要。图表是生物科学研究成果的一种重要表现形式，所以在生物高考中注重考查学生读图、识图、析图和绘图的能力。平时学习中养成构建图形的习惯后，对图形考题的解读也会更胸有成竹。

二、概念模型的构建

概念模型是指以文字表述来抽象概括事物本质特征的模型。构建概念模型有利于综合理解知识体系。

1.构建概念模型，整合零碎知识

图1是引导学生构建的细胞膜概念模型，是将相关内容整合在一起，使零碎的知识系统化，这有利于学生对某单元、某模块知识进行加工、理解、储存，全面系统地掌握和记忆知识要点，有利于学生形成完整、清晰、系统、科学的知识体系，同时也促进了学生感知、记忆、想象能力的发展。内环境的成分和理化性质、分泌蛋白的合成运输加工和分泌等，都可通过构建概念模型，使学生更系统地掌握知识。

2.构建概念模型，简化复杂知识

血糖调节是一个重要知识点，且与人体健康有密切的联系，但这一内容既“看不见，摸不着”，又极为复杂。故教材中安排了一个“建立血糖调节的模型”活动，意在引导学生更好地理解人体内血糖的调节过程，并理解激素如何对生命活动进行调节,同时，引导学生初步了解建构概念模型的基本方法和意义。目前看到的不少教学设计和案例中，大多把主要精力放在模拟活动上。事实上，在模拟活动后，根据活动中的体验，构建图解式概念模型才是本活动的重点。

血糖调节一课中，笔者在介绍胰岛、胰岛A细胞和胰岛B细胞及分泌的激素、作用后，和学生一起通过模型建构理解“胰岛素和胰高血糖素调节血糖平衡的过程”。请一组同学利用事先做好的“糖卡、胰岛素卡、胰高血糖素卡”示范，接着全班同学分组活动，依次探究饭后半小时及运动时机体是怎样恢复正常血糖水平的，并用卡片进行演示。通过构建动态的物理模型，学生根据活动中的体验，构建出了图解式概念模型，通过各组代表交流最后归纳如图2。通过模拟构建，学生对血糖的调节有了更深的理解。利用这一概念模型，学生学会了分析一些涉及到血糖变化的生理现象。

体温调节、水和无机盐平衡、免疫调节、生态系统的能量流动等都可用概念模型归纳。通过构建概念模型，将复杂的生理过程简化，不但有利于识记，还能培养分析、综合、概括的能力，学会把看似复杂的知识进行整理，找到相关知识的联系，提高灵活运用知识的能力。

三、数学模型的构建

数学模型是根据具体情景，抽象出数学规律，并用公式或图表的形式表达。在科学研究中，数学模型是发现问题、解决问题和探索新规律的有效途径。引导学生建构数学模型，有利于培养学生透过现象揭示本质的洞察能力，同时，通过科学与数学的整合，有利于培养学生简约、严密的思维品质。

1.构建数学模型，辨析易混知识

高中生物学中概念多，学生易混淆。用适当的数学模型可帮助学生理清概念。如，DNA经n次复制所需游离的某种脱氧核苷酸数和第n次复制所需游离的某种脱氧核苷酸数的区别，学生常混淆不清。课上，通过图解分析，师生一起构建了数学模型：n次复制所需游离的某种脱氧核苷酸数=（2n-1）m（注：m为1个DNA分子所含某种脱氧核苷酸数和第n次复制所需游离的某种脱氧核苷酸数=2n-1m，难题立即迎刃而解。

2.构建数学模型，化解重难点

有丝分裂、减数分裂均是微观的变化，虽然我们常用flash动态展现整个过程，但对于染色体、DNA的变化规律，学生总觉得很难领悟。学习有丝分裂时，笔者先引导学生构建表格式数学模型，然后转化成直观的坐标曲线，最后再让学生把染色体与DNA的变化曲线集合在一张坐标图上，让学生归纳后加以比较，掌握染色体和DNA变化规律的特点和区别，从而化解难点。减数分裂的学习也是如此。为了让学生更好地理解有丝分裂与减数分裂过程中染色体、DNA变化的差异，笔者还设计了这样一个问题情境：某精原细胞经一次减数分裂后产生的一个顺利地与一个卵细胞发生了受精作用，形成的受精卵经过了一次有丝分裂，请你画出这个过程中的染色体、DNA变化曲线。于是，学生尝试着把两个分裂过程的染色体、DNA变化规律图整合在一起，通过比较分析，更深刻地理解掌握了难点。

生物学中很多难点知识都可通过数学模型来化解，如酵母菌呼吸作用过程中随氧浓度变化所释放的CO2与吸收的O2之间的变化特点、恒定温度条件下测某植物随光照强度变化所释放或吸收的CO2、种群的“J”型增长与“S”型增长、单因子因素与多因子因素对光合作用的影响……

构建数学模型，有利于学生理解和掌握知识，也使学生认识到在生物学中有许多现象和规律可以用数学语言来表示，很好地培养了学生的逻辑思维能力。

通过建构模型能使生命现象或过程的揭示得到简化、纯化，对生物系统的发展状况有了更准确的认识。引导学生建构模型，既利于培养学生透过现象揭示本质的洞察能力，又有利于培养学生简约、严密的思维品质，对提高学生的理科素养具有重要作用。

【参考文献】

[1]邢红军.论科学教育中的模型方法教育[J].教育研究,1997(7):53-56.

[2]游隆信.生物学概念的教学策略探析[J].生物学教学,2005,30(2):46.

（作者单位：江苏省吴江市高级中学）