建模教學(xué)在高三生物復(fù)習(xí)中的實(shí)踐研究

鄒秀麗

【摘要】本文以人教版高中生物必修2 《孟德爾的豌豆雜交試驗(yàn)（二）》一節(jié)內(nèi)容為例，嘗試在課堂教學(xué)中通過(guò)建模教學(xué)引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建概念模型、物理模型和數(shù)學(xué)模型循序漸進(jìn)的建構(gòu)知識(shí)，進(jìn)而能較好的掌握知識(shí)，提高復(fù)習(xí)效率。

【關(guān)鍵詞】模型 建模教學(xué) 復(fù)習(xí)效率 實(shí)踐研究

【中圖分類號(hào)】G424.1 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2016）01-0058-02

現(xiàn)階段，各地高中學(xué)校都在進(jìn)行緊張的高三一輪復(fù)習(xí)，怎樣的復(fù)習(xí)方式更有效率，是所有教師及學(xué)生都關(guān)心的問(wèn)題。高三學(xué)習(xí)的特殊性、重要性要求教師必須科學(xué)有效地指導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)，尋求高效的復(fù)習(xí)方法。經(jīng)過(guò)不斷摸索、反思，再到對(duì)教學(xué)效果的檢測(cè)，筆者發(fā)現(xiàn)在高三生物第一輪復(fù)習(xí)的過(guò)程中，很多教材內(nèi)容運(yùn)用建模教學(xué)法進(jìn)行講授，脈絡(luò)鮮明、通俗易懂，可以幫助達(dá)到夯實(shí)基礎(chǔ)、提升能力的效果，提高了復(fù)習(xí)效率。

1.認(rèn)識(shí)模型及建模教學(xué)

1.1模型的含義

模型是人們?yōu)榱四撤N特定目的而對(duì)認(rèn)識(shí)對(duì)象所做的一種簡(jiǎn)化的概括性描述，這種描述是定性的或是定量的；有的借助于具體的實(shí)物或圖畫等其他形象化的手段，有的則通過(guò)抽象形式的符號(hào)、數(shù)學(xué)公式等來(lái)表達(dá)。

1.2模型的常見種類

1.2.1概念模型。指用文字和符號(hào)突出表達(dá)對(duì)象的主要特征和聯(lián)系，是對(duì)認(rèn)識(shí)對(duì)象系統(tǒng)的一種簡(jiǎn)化的定性描述，用于表示系統(tǒng)組成和相互關(guān)系。如生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)過(guò)程圖解。

1.2.2數(shù)學(xué)模型。是用來(lái)描述一個(gè)系統(tǒng)或它的性質(zhì)的數(shù)學(xué)形式，對(duì)研究對(duì)象的生命本質(zhì)和運(yùn)動(dòng)規(guī)律進(jìn)行具體的分析、綜合，用適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)形式來(lái)表達(dá)，從而依據(jù)現(xiàn)象作出判斷和預(yù)測(cè)。比如數(shù)學(xué)方程式、關(guān)系式、曲線圖和表格等概念，都是從客觀事物的某種數(shù)量關(guān)系或空間形式中抽象出來(lái)的數(shù)學(xué)模型。如孟德爾的雜交實(shí)驗(yàn)“高莖：矮莖=3：1”

1.2.3物理模型。以實(shí)物或圖畫形式直觀地表達(dá)認(rèn)識(shí)對(duì)象的特征，如DNA分子的結(jié)構(gòu)模式圖。

1.3建模教學(xué)

建模教學(xué)是指通過(guò)引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建概念模型、數(shù)學(xué)模型、物理模型等模型來(lái)研究、揭示原型的特征、規(guī)律和本質(zhì)，以達(dá)到提高學(xué)習(xí)的效率或效果的一種教學(xué)方法。

在我國(guó)的《普通高中生物新課程標(biāo)準(zhǔn)》也非常重視模型的構(gòu)建，要求在高中生物課堂中實(shí)施建模教學(xué)，同時(shí)新考試大綱重新對(duì)高考所要考查的能力進(jìn)行了界定，如新課標(biāo)中對(duì)關(guān)于概念理解能力的要求：能理解所學(xué)知識(shí)的要點(diǎn)，把握知識(shí)間的內(nèi)在聯(lián)系，形成知識(shí)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；對(duì)于在生物學(xué)上運(yùn)用數(shù)學(xué)方法的要求：能用文字，圖表以及數(shù)學(xué)方式等多種表達(dá)形式準(zhǔn)確地描述生物學(xué)方面的內(nèi)容等等，因此，課堂中運(yùn)用建模教學(xué)法組織教學(xué)也新課程的必然要求。

2.建模教學(xué)在高三生物復(fù)習(xí)中實(shí)踐

在高三復(fù)習(xí)過(guò)程中，遺傳規(guī)律是整個(gè)階段學(xué)生感到最棘手，最難以理解的內(nèi)容，而這部分內(nèi)容又是歷年高考的重點(diǎn)和熱點(diǎn)，是考查推理能力和綜合分析能力最好的生物素材?，F(xiàn)筆者就以人教版高中生物必修二《孟德爾的豌豆雜交試驗(yàn)（二）》一節(jié)內(nèi)容為例，嘗試在課堂教學(xué)中運(yùn)用建模教學(xué)法引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)構(gòu)建概念模型、物理模型和數(shù)學(xué)模型循序漸進(jìn)的建構(gòu)知識(shí)，進(jìn)而能充分理解和掌握知識(shí)，提高復(fù)習(xí)的有效性。

2.1建構(gòu)概念模型，夯實(shí)基礎(chǔ)

教材對(duì)本節(jié)內(nèi)容的呈現(xiàn)，強(qiáng)調(diào)了科學(xué)史和科學(xué)方法的教育，讓學(xué)生親歷科學(xué)家的探究過(guò)程，包括一明一暗兩條主線：一條明線──孟德爾是如何發(fā)現(xiàn)并驗(yàn)證自由組合定律；一條暗線──假說(shuō)演繹法的一般探究過(guò)程。教師可引導(dǎo)學(xué)生沿著這兩條主線構(gòu)建孟德爾科學(xué)實(shí)驗(yàn)的規(guī)律模型（如圖1）。

通過(guò)構(gòu)建這一概念模型，可以很好地抓住主干知識(shí)，發(fā)現(xiàn)各個(gè)知識(shí)之間的關(guān)系，可使零碎知識(shí)網(wǎng)絡(luò)化，立體化，使原來(lái)理解不清的知識(shí)清晰化，零散的知識(shí)系統(tǒng)化，機(jī)械的記憶靈活化。再來(lái)為了讓學(xué)生更好理解自由組合定律的實(shí)質(zhì)，可以引導(dǎo)學(xué)生將自由組合定律與前面講的減數(shù)分裂聯(lián)系在一起，構(gòu)建一個(gè)模型（如圖2），能培養(yǎng)學(xué)生學(xué)會(huì)把前后所學(xué)知識(shí)進(jìn)行分析綜合，歸納整理，找出相關(guān)知識(shí)的內(nèi)在聯(lián)系的能力。

2.2建構(gòu)物理模型，明晰知識(shí)規(guī)律

要想提高做遺傳規(guī)律的題的效率，不僅要能掌握遺傳規(guī)律的本質(zhì)，而且還要有非常高的“熟練度”。9：3：3：1是基因的自由組合定律中一種典型的子代表現(xiàn)型比例，它比分離定律更為復(fù)雜難掌握，另外近幾年的遺傳高考題還非常熱衷于考查9：3：3：1的各種變式。因此，下面通過(guò)構(gòu)建棋盤模型與手槍模型，引導(dǎo)學(xué)生在幾何圖形中發(fā)現(xiàn)9：3：3：1隱藏的規(guī)律，提高學(xué)生運(yùn)用的熟練程度。

2.2.1棋盤模型（如圖3）

觀察棋盤中的三角形Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ區(qū)域，分別說(shuō)出這三區(qū)域的表現(xiàn)型種類和比例：

Ⅰ區(qū)域：雙顯性（ Y__R__ ）：9/16

Ⅱ區(qū)域：一隱一顯性（yyR__）：3/16Ⅲ區(qū)域：一顯一隱性（Y__rr）：3/16單顯性： 6/16（重組類型）

最后： 雙隱性（yyrr）：1/16

觀察棋盤中的兩條對(duì)角線，說(shuō)出棋盤中兩條對(duì)角線的特點(diǎn)：

對(duì)角線①： 純合子四個(gè)，四種表現(xiàn)型，每種類型各有一個(gè)純合子，共占4/16。

對(duì)角線②：雙雜合子（YyRr） 四個(gè)，共占4/16。

例：兩對(duì)基因（A-a和B-b）位于非同源染色體上，基因型為AaBb的植株自交，產(chǎn)生后代的純合體中與親本表現(xiàn)型相同的概率是（ ）

A.3/4 B.1/4 C.3/16 D.1/16

解析：純合子為對(duì)角線①，共四個(gè)，（分母為4）；每種類型各有一個(gè)純合子，親本的雙顯性是四種表現(xiàn)型中的一種，即占1/4。

故選B。

這種快速解題的熟練度不會(huì)憑空產(chǎn)生，雖然學(xué)生完成以上棋盤模型任務(wù)要耗費(fèi)一定的時(shí)間，但經(jīng)過(guò)上述訓(xùn)練，學(xué)生在動(dòng)手的過(guò)程中獲得了第一手的感性資料，這跟用幾秒鐘看完課本的棋盤圖有很大的區(qū)別，因?yàn)閷W(xué)生在動(dòng)手過(guò)程中親自參與了知識(shí)的構(gòu)建，而不是被動(dòng)的接受。

2.2.2手槍模型（如圖4）

通過(guò)前面的訓(xùn)練，學(xué)生對(duì)9：3：3：1已經(jīng)有了一定的熟練程度，為了使9：3：3：1的含義更加直觀，可引導(dǎo)學(xué)生完成下圖，建立手槍模型。

從這個(gè)手槍模型中找便于記憶的規(guī)律，如：“1”為純合子，“2”為單雜，“4”為雙雜；“4、2、2、1”等規(guī)律。

例： 白色球狀與黃色盤狀南瓜雜交，F(xiàn)1全是白色盤狀南瓜，產(chǎn)生的F2中雜合的白色球狀南瓜有4000株，則F2能穩(wěn)定遺傳的黃色盤狀有（ ）

A.1333株 B.2000株 C.4000株 D.8000株

解析： 由題意可知 ：白色 盤狀為顯性，設(shè)白色為（A），盤狀為（B）

則：P： AAbb×aaBB

F1： AaBb

F2中雜合的白色球狀南瓜為： Aabb ，單雜有2份，為4000株

F2的黃色盤狀中的純合子為： aaBB，純合為1份，即2000株。選B。

熟悉手槍模型里的基因型比例規(guī)律，能幫助學(xué)生在解題時(shí)節(jié)省很多時(shí)間，大大提高做題效率。

2.3建構(gòu)數(shù)學(xué)模型，復(fù)雜問(wèn)題簡(jiǎn)單化

在學(xué)習(xí)本節(jié)內(nèi)容前，學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了《孟德爾豌豆雜交實(shí)驗(yàn)（一）》，所以可引導(dǎo)學(xué)生從數(shù)學(xué)角度建立起兩對(duì)相對(duì)性狀的雜交結(jié)果9：3：3：1與一對(duì)相對(duì)性狀的雜交結(jié)果3：1的數(shù)學(xué)聯(lián)系，即：F1 YyRr（黃色圓粒）自交，F(xiàn)2表現(xiàn)型及其比例可這樣分析（如圖5 ）：

建立起這樣的一個(gè)數(shù)學(xué)模型，對(duì)推算兩對(duì)及兩對(duì)以上相對(duì)性狀的復(fù)雜概率題提供了個(gè)啟示：即先逐一分析每對(duì)性狀的相應(yīng)結(jié)果，再運(yùn)用數(shù)學(xué)概率的原理，將相對(duì)獨(dú)立的兩對(duì)及兩對(duì)以上的等位基因間的相應(yīng)概率用相乘原理來(lái)計(jì)算，這樣就簡(jiǎn)單多了！

例：已知A與a、B與b、C與C3對(duì)等位基因自由組合，基因型分別為AaBbCc、AabbCc的兩個(gè)體進(jìn)行雜交。下列關(guān)于雜交后代的推測(cè)，正確的是（ ）

A.表現(xiàn)型有8種，AaBbCc個(gè)體的比例為1/16

B.表現(xiàn)型有4種，aaBbcc個(gè)體的比例為1/16

C.表現(xiàn)型有8種，Aabbcc個(gè)體的比例為1/8

D.表現(xiàn)型有8種，aaBbCc個(gè)體的比例為1/16

解析：先逐對(duì)分析每對(duì)性狀的結(jié)果：

Aa×Aa （ 1/4 AA： 1/2 Aa： 1/4 aa） 2種表現(xiàn)型

Bb×bb （ 1/2 BB： 1/2 Bb） 2種表現(xiàn)型

Cc×Cc （ 1/4 CC： 1/2 Cc： 1/4 cc） 2種表現(xiàn)型

所以，其雜交后代有 2x2x2=8 種表現(xiàn)型。

aaBbCc個(gè)體的比例為： 1/4 aa×1/2 Bb×1/2 Cc = 1/16，故選B。

構(gòu)建數(shù)學(xué)模型可以把復(fù)雜的問(wèn)題簡(jiǎn)單化，其作為發(fā)現(xiàn)科學(xué)事實(shí)、揭示科學(xué)規(guī)律的過(guò)程和方法，在生物教學(xué)中有著十分重要的意義，學(xué)生一旦將模型方法內(nèi)化為自己的認(rèn)知圖式，就能獲得認(rèn)知水平的躍進(jìn)，如上述關(guān)于遺傳規(guī)律的計(jì)算。

3.建模教學(xué)實(shí)踐的反思

以上案例是以對(duì)自由組合現(xiàn)象的解釋及運(yùn)用這一重難點(diǎn)知識(shí)的學(xué)習(xí)為主線，嘗試通過(guò)建?；顒?dòng)的方式突破重難點(diǎn)知識(shí)。實(shí)踐表明，理解模型和進(jìn)行模型建構(gòu)活動(dòng)是高三復(fù)習(xí)課的一把鑰匙，它改變了傳統(tǒng)單一復(fù)習(xí)模式，能利用多種方式充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，大大的提高了復(fù)習(xí)效率，體現(xiàn)了新課程改革的理念。如讓學(xué)生構(gòu)建概念模型，把學(xué)生腦中零碎雜亂的新舊知識(shí)有序的整理成知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，有效降低學(xué)生認(rèn)知負(fù)擔(dān)和心理焦慮，提高教與學(xué)的效率；學(xué)生構(gòu)建物理模型構(gòu)，可以使研究對(duì)象形象化，直觀化，使相關(guān)知識(shí)便于理解；建數(shù)學(xué)模型，可使一些重、疑、難點(diǎn)化繁為簡(jiǎn)，既深化了對(duì)知識(shí)的理解，又培養(yǎng)了學(xué)生的數(shù)學(xué)思維能力。

但是這樣的教學(xué)方式，需要有較高的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)，無(wú)論是構(gòu)建何種模型，都離不開嚴(yán)密的思維和科學(xué)探究精神，由于不同學(xué)生的認(rèn)知有較大差異，所以對(duì)模型的理解及構(gòu)建的模型也具有個(gè)體差異性，如何引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建更完善的模型、運(yùn)用好模型進(jìn)行復(fù)習(xí)這些問(wèn)題都還要一步研究和解決，需要在今后的課堂中要不斷改革和創(chuàng)新。

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