高中生物學教學中模型建構及應用

摘要：模型方法是人們認識自然界的一種重要方式，也是理論思維發(fā)展的重要方式，新《課程標準》將模型方法規(guī)定為高中學生必須掌握的科學方法之一。模型可分為概念模型、物理模型和數(shù)學模型三種形式，通過建構模型來學習生物學知識，能增強學生的探究能力，培養(yǎng)學生思維品質(zhì)的靈活性。就模型建構在中學生物學教學的應用，進行了相關論述。

關鍵詞：模型 模型建構 生物學教學

模型是人們?yōu)榱四撤N特定目的而對認識對象所作的一種簡化的概括性的描述，是科學研究中對復雜事物的一種簡單的描述方法。這種描述可以是定性的，也可以是定量的。有的借助于具體事物形象化的手段，有的則通過抽象的形式來表述。通過模型，抓住事實的最主要的特征和功能，以簡化的形式去再現(xiàn)原型的各種復雜結(jié)構和功能，它是連接理論和應用的橋梁，可以幫助人們認識客觀世界中最本質(zhì)的東西，以便預測和指導實踐。生物學研究中通常建構的模型包括概念模型、物理模型和數(shù)學模型等。

一、建構概念模型，梳理知識間內(nèi)在關系

概念模型是指以文字表述來抽象概括出事物本質(zhì)特征的模型，如對真核細胞結(jié)構共同特征的文字描述、光合作用模型、細胞呼吸模型以及生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構的表述等。建構概念模型可以使學生深入理解基礎知識，辨析知識點之間的聯(lián)系與區(qū)別，使知識結(jié)構化，同時有利于培養(yǎng)學生的歸納、概括和語言表述能力。

人教版《遺傳與進化》模塊中，在《現(xiàn)代生物進化理論的由來》一節(jié)，教材借助一個理論模型來介紹達爾文的自然選擇學說（見圖1）。

該模型展示了過度繁殖、生存斗爭、遺傳變異和適者生存等自然選擇學說核心內(nèi)容的相互關系，但出于讓學生詳細了解該學說的目的，該模型的內(nèi)容相對較多，各觀點之間的關系不明朗，不易于學生理解掌握。在講授該部分內(nèi)容時，讓學生分組討論，嘗試重新建構該學說的理論模型，學生經(jīng)討論后建構了一個新的模型，新模型內(nèi)容簡單，各觀點間的相關關系明了，易于掌握。

二、建構物理模型，使知識形象化、直觀化

物理模型以實物或圖畫形式直觀地表達認識對象的特征。其最顯著的特點是形象直觀。在教學過程中通過模型建構與展示，不僅有利于加深學生對所學知識的記憶、理解，而且也能引導學生進行發(fā)散思維，提高學生的探究能力，學會科學研究的基本方法。

如人教版《遺傳與進化》模塊中的《DNA分子的結(jié)構》一節(jié)，重在引導學生模仿科學家建立DNA結(jié)構的模型。在教學中首先由教師引導學生復習DNA分子的組成單位——脫氧核糖核苷酸及其結(jié)構組成，然后分發(fā)堿基、磷酸和脫氧核糖模型，由學生分組建構4種脫氧核糖核苷酸的模型，隨后建構多脫氧核苷酸長鏈模型，在此過程中教師提示脫氧核苷酸之間靠3ˊ-5ˊ磷酸二酯鍵連接，并糾正學生的錯誤。之后，教師引導學生閱讀教材中P47～P48的閱讀材料，知道當時沃森和克里克據(jù)DNA衍射圖譜推算出DNA分子應呈雙螺旋結(jié)構，讓學生繼續(xù)建構模型。最后，再引導學生從材料中得到“DNA中堿基A與T配對，G與C配對”的信息，讓學生修改完成模型。在建構該模型的過程中，使學生能夠感悟DNA分子結(jié)構建立過程中的科學探索精神和思維方法，同時培養(yǎng)了學生的創(chuàng)新思維能力及合作探究能力。

建構物理模型是實現(xiàn)有效教學的方法之一，物理模型有靜態(tài)物理模型，還有動態(tài)物理模型，在教學過程中不能僅局限于課程標準中提到的內(nèi)容，教師還需要深入研究教學內(nèi)容，創(chuàng)造性開展這一活動，筆者在教學中還引導學生制作了蛋白質(zhì)結(jié)構模型、細胞膜結(jié)構模型、物質(zhì)跨膜運輸模型、有絲分裂模型、生態(tài)系統(tǒng)模型等，收到了較好的教學效果。

三、建構數(shù)學模型，揭示問題本質(zhì)

數(shù)學模型是指為了某種目的，用字母、數(shù)字及其它數(shù)學符號建立起來的等式或不等式以及圖表、曲線、框圖等描述客觀事物的特征及其內(nèi)在聯(lián)系的數(shù)學結(jié)構表達式。如“J”型、“S”型種群數(shù)量變化曲線、符合孟德爾遺傳規(guī)律的子代性狀分離比等。數(shù)學模型建構的基礎是數(shù)學方法，基于其學科交叉的特征，對于學生來說具有一定的難度。教師在教學過程中引導學生建構數(shù)學模型，有利于培養(yǎng)學生透過現(xiàn)象揭示本質(zhì)的洞察力。同時，通過科學與數(shù)學的整合，有利于培養(yǎng)學生簡約、嚴密的邏輯思維品質(zhì)，可使一些重、疑、難點化繁為簡，既深化對知識的理解，又培養(yǎng)學生的數(shù)學思維能力。教材中涉及到構建數(shù)學模型的內(nèi)容還有很多，如有絲分裂和減數(shù)分裂過程中染色體、染色單體以及DNA數(shù)量的變化規(guī)律，呼吸過程中隨氧氣的濃度增加ATP、CO2的變化曲線，光合作用中隨光照強度、溫度、CO2等條件的變化光合作用強度的變化曲線，脫氧核苷酸序列與遺傳信息的多樣性，堿基與氨基酸對應關系，調(diào)查人群中的遺傳病，用數(shù)學方法討論基因頻率的變化，探究自然選擇對種群基因頻率的影響，種間關系，等等。

通過建構數(shù)學模型，可以對生命現(xiàn)象進行量化，以數(shù)量關系描述生命現(xiàn)象，再運用邏輯推理、求解和運算等達到對生命現(xiàn)象進行研究的目的。在建構過程中使學生能從現(xiàn)象中揭示出本質(zhì)和規(guī)律，可以培養(yǎng)學生的分析、推理與綜合的能力，便于學生迅速地理解新知識，提高學習效率。

模型的建立過程，實際上是一個科學探究的過程，通過建構模型，增強了學生的探究能力，對培養(yǎng)學生思維品質(zhì)的靈活性、創(chuàng)造性及開發(fā)智力和提高解題速度等都十分有益。此外，通過建構模型還可以培養(yǎng)學生嚴謹?shù)目茖W態(tài)度和科學精神，并能增強其合作意識。模型的建構改變了傳統(tǒng)的教學方式，加強了師生間的互動，充分發(fā)揮了學生的主觀能動性，在新授課、復習課、習題課中都可以靈活使用，能起到事半功倍的效果。

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