高中生物教學(xué)模型教學(xué)法的實(shí)際應(yīng)用

萬進(jìn)濤

摘 要：給模型依次添加真實(shí)構(gòu)件—即實(shí)際存在的限制因素—逐漸揭示這些因素所起到的作用，這就構(gòu)成一條合理的邏輯線索，直到最終完成最接近自然狀態(tài)的模型的填充。

關(guān)鍵詞：高中生物；模型教學(xué)；建模過程

建模能力是高中生物教學(xué)所要求的能力目標(biāo)，利用模型教學(xué)法對于培養(yǎng)學(xué)生思維作用非常顯著。模型教學(xué)中應(yīng)細(xì)致呈現(xiàn)建模過程，引導(dǎo)學(xué)生理解建模步驟，有所感悟和啟發(fā)，獲得認(rèn)知提升的愉悅和美感。

一、關(guān)于模型的理解

用模型表達(dá)生物學(xué)概念和原理，模型作為載體，是來自于具體的抽象，是從真實(shí)對象和復(fù)雜系統(tǒng)中挖掘核心，剝離了有關(guān)元素與構(gòu)件呈現(xiàn)出的本質(zhì)屬性和結(jié)構(gòu)，具有一定的指導(dǎo)意義。模型具有解釋上的普遍適用性，并可以根據(jù)具體事件和環(huán)境添加特定要素，再去指導(dǎo)對有一定獨(dú)特性的事件或系統(tǒng)的考察研究。模型教學(xué)的基本教學(xué)目標(biāo)正是使學(xué)生領(lǐng)悟這樣的過程，讓他們參與從實(shí)際到抽象，又再次從抽象到實(shí)際應(yīng)用的過程，逐漸積累學(xué)習(xí)經(jīng)歷，形成基本的建模能力。

模型只是在理論上具有存在性，有假設(shè)性，但它必須具備合理的生物學(xué)內(nèi)涵。既然它是合理的，就可以賦予其特定的生物學(xué)表現(xiàn)或者功能，真實(shí)系統(tǒng)中的要素不一定全部出現(xiàn)。

模型是抽象的，又是合理的，這樣的模型當(dāng)然不能完全解釋真實(shí)的存在實(shí)體，但在邏輯上去掉諸多真實(shí)因素，就逐漸剝離出簡化結(jié)構(gòu)，也就是模型。因?yàn)闆]有實(shí)際的限制要素，我們可以賦予其運(yùn)動變化，因此這個模型從其自我運(yùn)動而言就是自由沒有限制的，這正是理論意義的模型。

應(yīng)該讓學(xué)生明白：一定程度上，模型和真實(shí)系統(tǒng)是脫離的，也就是模型在實(shí)際上是不存在的。

二、模型教學(xué)的邏輯線索

給模型依次添加真實(shí)構(gòu)件—實(shí)際存在的限制因素—逐漸揭示這些因素所起到的作用，這就構(gòu)成一條合理的邏輯線索，直到最終完成最接近自然狀態(tài)的模型的填充。

教師在教學(xué)中應(yīng)該著力呈現(xiàn)這樣一個不斷整合的認(rèn)知?dú)v程，帶領(lǐng)學(xué)生從復(fù)雜現(xiàn)象中走出，再返回去，從事實(shí)到理論，從抽象到真實(shí)。

不能要求學(xué)生立刻具有簡化抽象的能力，應(yīng)先教給學(xué)生簡練模型，讓學(xué)生迅速從紛繁事實(shí)里擺脫，跳出干擾。這種突然呈現(xiàn)出來的本質(zhì)是能帶來一定震撼的，引發(fā)“原來世界如此簡單”的感嘆，而隨后一步一步加載填充，相關(guān)元素依次出現(xiàn)，模型變得充實(shí)，這過程好比從骨架搭建到肌肉和皮膚包埋，不啻是一件作品形成的流程，節(jié)奏分明，教學(xué)和認(rèn)知相得益彰。

三、模型教學(xué)應(yīng)用實(shí)例

1.自然選擇在生物進(jìn)化中的作用

先抽象出種群，抽象出種群的本質(zhì)屬性，即基因庫，并以基因頻率描述本質(zhì)屬性。然后剝離自然種群要素，如變異、遷移、自然選擇等等。引導(dǎo)學(xué)生得出結(jié)論：該種群整體性狀不變，從基因組成而言也是一成不變，即理想種群，理想種群不進(jìn)化。進(jìn)而再從基因頻率的角度引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)：各種基因型配子的比例不變，該種群從子一代開始A和a的基因頻率不變，AA、Aa和aa的基因型頻率也保持不變，在分子水平該種群不變化，即不進(jìn)化。

教師引導(dǎo)學(xué)生先添加自然選擇的要素，從食物和空間的限制，到交配隨機(jī)性喪失，不同個體繁殖機(jī)會不同，不同基因遺傳機(jī)會不同，再到敵害等出現(xiàn)，理想種群面臨一個又一個壓力，逐漸接近自然種群，這樣，學(xué)生對于自然選擇導(dǎo)致的存活和繁殖機(jī)會的差異性理解便逐漸由抽象變得感性。

而如何再深入基因頻率的定向變化呢？

這又需要一次建模，先引入變異，但在不存在自然選擇的理想狀態(tài)下，各種不定向的變異全部保留延續(xù)，這也會引起基因頻率的改變，但是不確定的。當(dāng)遷入、遷出、疾病、食物、空間等等自然選擇的所有要素進(jìn)入，自然選擇直接作用于個體，把所有的選擇壓力看成一個限制元素，這個元素可引起個體間死亡或存活機(jī)會的差異，此結(jié)果再加以量化，即不同表現(xiàn)型按一定比例增減：AA和Aa每年增加10%，aa每年減少10%。計(jì)算種群每年的基因型頻率，再推算基因頻率，得出選擇壓力導(dǎo)致種群基因頻率發(fā)生了定向改變的結(jié)論。

模型構(gòu)建過程如下：

具體教學(xué)中模型結(jié)構(gòu)過程呈現(xiàn)如下：

理想種群：基因型頻率為AA Aa aa

基因頻率為A：p a：q

基因頻率之和p+q=1

隨機(jī)交配

結(jié)論：基因頻率不變，遵循遺傳平衡，（p+q）2=p2+2pq+q2=AA+Aa+a=1

填充模型：AA：10% Aa：20% aa：70% A：20% a：80%

填充選擇壓力，并模型化：AA和Aa每年增加10%，aa每年減少10%

再模型化推演：假設(shè)種群數(shù)量為100，則AA為10個，Aa為20個，aa為70個。從第二年開始以后的變化模型應(yīng)該是

結(jié)論：A的基因頻率增大，a的基因頻率減小。

2.種群數(shù)量增長模型的教學(xué)

首先，剝離后的模型從數(shù)學(xué)表達(dá)式和曲線圖兩方面可以建立如下形式：

數(shù)學(xué)表達(dá)式 理想種群數(shù)量增長的數(shù)學(xué)模型表為：Nt=N0λt

坐標(biāo)曲線：理想狀態(tài)呈“J”型增長。

這個剝離后的模型可以較為充分表現(xiàn)種群的繁殖增長趨勢，數(shù)學(xué)曲線直觀顯示出種群內(nèi)在的繁殖張力，學(xué)生眼見即能理解其持續(xù)的膨脹式增長。

模型剝離、填充和整合。

逐項(xiàng)填充食物、空間、天敵等環(huán)境條件，這些環(huán)境阻力也可以加以總和，模型化為環(huán)境阻力，以逐漸遠(yuǎn)離的虛線表現(xiàn)阻力的作用，仍以模型方式顯示其對種群數(shù)量發(fā)展的實(shí)際影響，直到曲線由“J”型變?yōu)椤癝”型，曲線之間的差距范圍正好直觀體現(xiàn)環(huán)境阻力下淘汰的個體數(shù)量的相對多少。整個教學(xué)正是把一個個抽象的小模型整合為一個大的、綜合模型的過程，以數(shù)學(xué)的語言闡述，直接又不失體現(xiàn)模型本身的理論高度。

模型精簡與整合的教學(xué)流程有著顯而易見的教學(xué)效果，能很好地促進(jìn)學(xué)生理解動態(tài)體系的運(yùn)行機(jī)制，提高思維和認(rèn)知能力。

參考文獻(xiàn)：

陶忠華.生物學(xué)模型教學(xué)探析[J].生物學(xué)教學(xué)，2006（08）.

編輯 孫玲娟