生物學(xué)課堂教學(xué)模型構(gòu)建例談

鄭艷玲

(江蘇省南京市江寧高級中學(xué) 211100)

本文按照人教版高中生物學(xué)教材中關(guān)于模型的分類標(biāo)準(zhǔn)，通過生物學(xué)課堂教學(xué)實例，對物理模型、數(shù)學(xué)模型和概念模型的構(gòu)建進行闡述[1]。

1 物理模型

1.1 概念及作用 物理模型就是根據(jù)相似原理，把真實事物按比例放大或縮小制成的模型，它可以模擬真實事物的某些功能和性質(zhì)。由于物理模型要根據(jù)實物的形狀、顏色、大小比例及特征來制作，能體現(xiàn)實物的自然順序和自然位置，能真實、形象地反映研究對象，更加直觀和形象地幫助學(xué)生熟悉對象的各個特征、微觀結(jié)構(gòu)的位置以及相互關(guān)系，甚至在演示模型過程中掌握生命現(xiàn)象的本質(zhì)。同時，能訓(xùn)練學(xué)生的動手能力和立體形象思維。

1.2 實例：細(xì)胞膜的流動鑲嵌模型的構(gòu)建 教師提供相關(guān)資料和信息，以及實驗材料(磷脂分子、蛋白質(zhì)分子、糖分子的模型)，在此基礎(chǔ)上，學(xué)生分析，自主構(gòu)建細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)模型，隨著信息量的增加，不斷修正和完善模型。具體步驟如表1。

表1 細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)模型構(gòu)建

通過自主建構(gòu)細(xì)胞膜的流動鑲嵌模型，學(xué)生對于細(xì)胞膜的成分和結(jié)構(gòu)有更清晰的認(rèn)識，能夠更加深刻地理解細(xì)胞膜中各種成分的排布方式、結(jié)構(gòu)與功能的相互關(guān)系，更好地體會科學(xué)探究的樂趣，以及思維的嚴(yán)密性，讓學(xué)生更多地參與課堂活動。

2 數(shù)學(xué)模型

2.1 概念及作用 數(shù)學(xué)模型通過各種數(shù)學(xué)形式對生命現(xiàn)象量化，運用邏輯推理求解和運算達到對生命現(xiàn)象進行研究。數(shù)學(xué)方程式或坐標(biāo)曲線作為描述一個系統(tǒng)或其性質(zhì)的數(shù)學(xué)形式是聯(lián)系實際問題與數(shù)學(xué)的橋梁，具有解釋、判斷和預(yù)測等重要功能。

2.2 實例：種群增長的J型曲線的模型構(gòu)建 創(chuàng)設(shè)一定的問題情境，計算細(xì)菌的數(shù)量變化，并引導(dǎo)學(xué)生找出規(guī)律將表格信息轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)方程式或坐標(biāo)曲線，用更加直觀的數(shù)學(xué)形式表述細(xì)菌的數(shù)量變化(表2)。

表2 種群的數(shù)量變化模型構(gòu)建

表3 計算一個細(xì)菌在不同時間(單位為min)產(chǎn)生后代的數(shù)量

通過具體的實例，向?qū)W生滲透一種方法，可以用數(shù)學(xué)的形式描述生物學(xué)問題。然后引導(dǎo)學(xué)生對種群的數(shù)量增長模型進行假設(shè)和建構(gòu)。再用建構(gòu)的模型解釋生物學(xué)現(xiàn)象，并能夠用于解決實際問題。用同法構(gòu)建并分析種群增長的S型曲線模型，當(dāng)種群數(shù)量為K/2時，種群增長速率最大，因此可用于指導(dǎo)生產(chǎn)實踐：為了保護魚類資源不受破壞，并能持續(xù)獲得最大的捕魚量，應(yīng)使被捕魚群的種群數(shù)量保持在K/2水平。防治有害生物，務(wù)必要及時控制種群數(shù)量，嚴(yán)防達K/2值處。

種群的數(shù)學(xué)模型是描述種群數(shù)量變動的主要手段之一，它不僅有助于概括各種生物因素和非生物因素與種群之間的相互關(guān)系，而且有助于了解這些因素是怎樣影響種群動態(tài)的，可以使復(fù)雜的種群動態(tài)系統(tǒng)簡化。同時，對某一時期種群大小進行預(yù)報，可達到闡明種群動態(tài)的規(guī)律及調(diào)節(jié)機制的目的。

從具體的生物現(xiàn)象與規(guī)律建立抽象的數(shù)學(xué)模型，又用抽象的數(shù)學(xué)模型來解釋具體的生物學(xué)現(xiàn)象與規(guī)律，通過生物科學(xué)與數(shù)學(xué)的整合，培養(yǎng)學(xué)生簡約、嚴(yán)密的思維品質(zhì)。

3 概念模型

3.1 概念及作用 概念模型的建構(gòu)把原本零碎的生物學(xué)知識歸納到一起，構(gòu)成彼此聯(lián)系的知識網(wǎng)絡(luò)，簡單的概念又蘊涵了豐富的信息，便于復(fù)習(xí)教學(xué)的展開。同時也有利于學(xué)生的復(fù)習(xí)記憶，進一步的提高歸納和綜合能力。

3.2 實例：光合作用的過程概念模型構(gòu)建 通過展示光合作用的過程發(fā)現(xiàn)科學(xué)史，學(xué)生分析光反應(yīng)、暗反應(yīng)的過程、場所，逐步構(gòu)建光合作用過程的模型(表4)。

表4 光合作用過程的模型構(gòu)建

學(xué)生解讀科學(xué)家實驗的過程，實際上是一種整理相關(guān)概念、梳理概念和厘清概念關(guān)系的過程。根據(jù)表4，學(xué)生可將光合作用的過程中涉及的物質(zhì)變化，用文字、符號等逐步呈現(xiàn)出來，再用一定的連接詞表示物質(zhì)之間的關(guān)系，從而構(gòu)建概念模型(概念圖略)。這樣，有助于學(xué)生更加清晰各物質(zhì)變化之間的內(nèi)在聯(lián)系，理解光合作用的實質(zhì)，對于光合作用的過程有更加系統(tǒng)的認(rèn)識。由于模型是學(xué)生自主構(gòu)建，所以印象更加深刻。