論高中生物教學(xué)中的模型方法

廣東省惠州市仲愷高新區(qū)仲愷中學(xué) 王書文

一、模型的概念與分類

模型方法是人們?yōu)榱苏J(rèn)識自然界中某一復(fù)雜對象（如非常龐大的太陽系或非常微小的細(xì)胞）或事物發(fā)生的過程、規(guī)律等，用形象化的具體實(shí)物或抽象的語言文字、圖表、數(shù)學(xué)公式等對認(rèn)識對象進(jìn)行模擬或簡化描述的一種方法。

模型的種類很多，一般所說的模型主要有物理模型、數(shù)學(xué)模型和概念模型等。以實(shí)物或圖畫形式直觀地表達(dá)認(rèn)識對象的特征，這種模型屬于物理模型，如教材中真核細(xì)胞的三維結(jié)構(gòu)模型、細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的實(shí)物模型、沃森和克里克制作的著名的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型、減數(shù)分裂中染色體變化的模型、建構(gòu)血糖調(diào)節(jié)的模型等；數(shù)學(xué)模型是用來描述一個(gè)系統(tǒng)或它的性質(zhì)的數(shù)學(xué)形式，即用字母、數(shù)字及其他數(shù)學(xué)符號建立起來的等式或不等式以及圖表、圖象、框圖等描述客觀事物的特征及其內(nèi)在聯(lián)系的數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)表達(dá)式，如用Nt=N0λt表示種群的“J”型增長；概念模型是指人們抽象出生物原型某些方面的本質(zhì)屬性而構(gòu)思出來的理想化模型，如光合作用過程的圖解、有氧呼吸過程的圖解等；同一生物學(xué)概念可以用不同的模型來表示，只是側(cè)重點(diǎn)各有不同，如種間關(guān)系中的共生關(guān)系可以用數(shù)學(xué)模型（圖A）和概念模型（圖B）兩種模型分別來表示。

二、模型的建構(gòu)

（一）以人教版高中生物必修一“嘗試制作真核細(xì)胞的三維結(jié)構(gòu)模型”為例，介紹建構(gòu)物理模型的方法

1.實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)

（1）結(jié)構(gòu)要完整

真核細(xì)胞（以動(dòng)物細(xì)胞為例）的結(jié)構(gòu)包括細(xì)胞膜、細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)及其內(nèi)含的各種細(xì)胞器，主要有線粒體、中心體、高爾基體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、核糖體、溶酶體等，以及細(xì)胞核。

（2）材料要方便易得

在建立模型時(shí)，可選用瓊脂（或明膠）做細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)，用各色彩泥（有些地區(qū)可選用膠泥、面團(tuán)兒）捏制各種細(xì)胞器，并固定于瓊脂中，即可成為一個(gè)動(dòng)物真核細(xì)胞的模型。

2.課前準(zhǔn)備

（1）細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)制備

將20g瓊脂與800ml清水混合并加熱至瓊脂溶化，置于冰箱中冷凝約40分鐘（也可置于室溫下冷凝，時(shí)間需延長）。

（2）其他材料

1000ml的燒杯一個(gè)，玻璃棒，電爐，大頭針若干（用來固定各種細(xì)胞器），直徑約2㎜的塑料吸管若干（用來制作中心體）。

3.模型制作

制作模型時(shí)，科學(xué)性和準(zhǔn)確性是第一位的，所以制作中各種細(xì)胞器的大小要成比例，核糖體是最小的，其他一些結(jié)構(gòu)的參考數(shù)據(jù)：

溶酶體：直徑0.2～0.8μm ；線粒體：直徑：0.5～1μm，長度2～3μm；

中心體：直徑0.2～0.4μm ；細(xì)胞核：直徑：5～10μm

教材中沒有指定具體的材料用具，也沒有列出詳細(xì)的活動(dòng)步驟，給學(xué)生發(fā)揮各自的創(chuàng)造潛能留下充分的空間。這樣既培養(yǎng)了學(xué)生的動(dòng)手能力和學(xué)習(xí)興趣，又加深了對細(xì)胞的復(fù)雜性、整體性、有序性和重要性的理解和掌握。

（二）以人教版高中生物必修三第65頁“問題探討”中的素材為例，介紹建立數(shù)學(xué)模型的一般步驟

（三）建構(gòu)概念模型

對學(xué)生具有一定的難度，高中階段不作要求，只要求學(xué)生能利用概念模型加深對知識的認(rèn)識和理解就行，在此不再介紹。

三、模型方法的重要作用

物理模型具有強(qiáng)大的立體感，可以將抽象的知識直觀化。既看得見又摸得著，給人印象深刻，有利于學(xué)生對微觀科學(xué)知識的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的空間想象能力，加深學(xué)生對教材內(nèi)容的理解和掌握。如DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，它以極其簡單的形式顯示了DNA結(jié)構(gòu)這么復(fù)雜的事物，揭示了遺傳的秘密，幫助學(xué)生理解了無法直接觀察到的自然現(xiàn)象，理解生命的神奇；又如，學(xué)生參與制作減數(shù)分裂中染色體變化的動(dòng)態(tài)模型，可以使學(xué)生深刻地理解同源染色體、非同源染色體、染色單體、DNA在減數(shù)分裂中的行為變化和數(shù)目變化，為遺傳規(guī)律的學(xué)習(xí)打好基礎(chǔ)。在建構(gòu)模型的過程中，充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和熱情，課堂氣氛活躍，學(xué)生學(xué)習(xí)愉快，在主動(dòng)參與探究的過程中使抽象深?yuàn)W的知識變得直觀簡單。

數(shù)學(xué)模型是發(fā)現(xiàn)問題、解決問題和探索新規(guī)律的有效途徑之一，它在生物學(xué)中越來越表現(xiàn)出強(qiáng)大的生命力。引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)數(shù)學(xué)模型，有利于培養(yǎng)學(xué)生透過現(xiàn)象揭示本質(zhì)的洞察能力；同時(shí)，通過生物與數(shù)學(xué)的整合，有利于培養(yǎng)學(xué)生簡約、嚴(yán)密的思維品質(zhì)。如種群的“J”型增長曲線、種群的“S”型增長曲線、有絲分裂過程中染色體和DNA數(shù)目變化的坐標(biāo)曲線等等，都是借助數(shù)學(xué)方法來分析生命現(xiàn)象，揭示生物體結(jié)構(gòu)、生理代謝、生命活動(dòng)及生物與環(huán)境相互作用等方面的本質(zhì)屬性，它具有鮮明的直觀性、強(qiáng)烈的系統(tǒng)性、高度的概括性和獨(dú)特的能力培養(yǎng)作用。不但能加深學(xué)生對知識的理解，還有利于培養(yǎng)學(xué)生多學(xué)科知識綜合能力，改善思維方式，提高思維能力。

概念模型可以加深學(xué)生對生理過程本質(zhì)的理解，化復(fù)雜為簡單，化零碎為整體。如光合作用過程圖解，反應(yīng)物、生成物、反應(yīng)條件、反應(yīng)階段等一目了然，使學(xué)生更容易掌握。

總之，模型方法是現(xiàn)代生物科學(xué)研究的重要方法。（人教版）普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書必修部分安排了5個(gè)模型建構(gòu)活動(dòng)，教師要讓學(xué)生通過模型建構(gòu)活動(dòng)，理解模型方法的重要作用，讓學(xué)生置身于探索科學(xué)現(xiàn)象、發(fā)現(xiàn)科學(xué)規(guī)律的活動(dòng)中，更好地理解、掌握、鞏固和運(yùn)用生物知識，提高學(xué)生的觀察能力、動(dòng)手能力和創(chuàng)造力。