人教版高中生物必修教材坐標(biāo)圖模型教學(xué)淺析

盧艷+羅充++孫中文+岳良舉

摘 要 通過(guò)對(duì)人教版高中生物必修教材中坐標(biāo)圖模型分布情況進(jìn)行分析，解讀其教學(xué)策略與實(shí)際運(yùn)用，淺析坐標(biāo)圖模型對(duì)生物學(xué)知識(shí)的教學(xué)價(jià)值。

關(guān)鍵詞 人教版 生物學(xué)教材 坐標(biāo)圖模型 教學(xué)價(jià)值

中圖分類號(hào) G633.91 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 B

坐標(biāo)圖屬于數(shù)學(xué)模型，大致可分為三種：① 平面直角坐標(biāo)圖（可細(xì)分曲線圖、折線圖、柱形圖）；② 變形坐標(biāo)圖；③ 平面正三角坐標(biāo)圖（三軸坐標(biāo)系）?，F(xiàn)行的各版本高中生物教材中主要是以平面直角坐標(biāo)圖出現(xiàn)居多，以坐標(biāo)圖模型簡(jiǎn)潔的形式反映生物體生命現(xiàn)象、規(guī)律與相關(guān)變量的內(nèi)在聯(lián)系，從而要求學(xué)生能根據(jù)識(shí)圖和繪圖探索生物學(xué)知識(shí)間的相互聯(lián)系。下面以人教版高中生物教材為例進(jìn)行分析。

1 人教版高中生物必修教材中坐標(biāo)圖模型分布情況

人教版高中生物必修教材涉及的坐標(biāo)圖模型有柱形圖、曲線圖和折線圖三種形式（表1）。

2 坐標(biāo)圖模型解讀

2.1 柱形圖模型淺析

人教版生物必修教科書(shū)中的柱形圖一般是橫坐標(biāo)表示類型，縱坐標(biāo)表示數(shù)量或濃度，且對(duì)柱形圖運(yùn)用的要求及難度逐步增加。

（1） 在識(shí)圖上：必修1主要是要求學(xué)生區(qū)分橫坐標(biāo)的類型，隨著類型不同，縱坐標(biāo)數(shù)量或濃度大小也就有所區(qū)別（如必修1P63資料分析，如圖1所示）；必修2則開(kāi)始運(yùn)用數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，對(duì)該類圖加以說(shuō)明（必修2P13，如圖2所示）；必修3的圖形與前兩冊(cè)則截然不同，柱形圖的橫坐標(biāo)不再是類型而是數(shù)量，縱坐標(biāo)為百分率，涉及的問(wèn)題難度也有所增加（必修3P86，如圖3所示）。

（2） 在用圖上：必修1要求學(xué)生識(shí)圖后，運(yùn)用所得信息進(jìn)行簡(jiǎn)單的知識(shí)講解；必修2則是讀懂圖后，根據(jù)數(shù)據(jù)分析其所涉及的生物知識(shí)并回答問(wèn)題（必修2P14的“技能應(yīng)用”中某種蝴蝶純合親本雜交產(chǎn)生的1355只F2代性狀，對(duì)圖中數(shù)據(jù)分析，判斷顯隱性）；必修3對(duì)柱形圖開(kāi)始在坐標(biāo)軸左右排列，用圖時(shí)不僅要對(duì)坐標(biāo)軸左右數(shù)據(jù)表示的內(nèi)容清楚，還要看其變化趨勢(shì)（必修3P64兩個(gè)國(guó)家人口年齡組成圖），之后再根據(jù)題目要求作答。

（3） 在繪圖上：必修1和必修2涉及繪圖的只有曲線圖與折線圖，基本沒(méi)有柱形圖，必修3則要求根據(jù)表中數(shù)據(jù)繪制柱形圖，并找出柱形圖中數(shù)據(jù)的規(guī)律（必修3P131的“技能應(yīng)用”繪制哺乳動(dòng)物和鳥(niǎo)類受4種因素影響及比例柱形圖）。從這些現(xiàn)象可以看出柱形圖模型在生物學(xué)教學(xué)中的要求和難度是逐步增加的，教材的設(shè)計(jì)也符合學(xué)生認(rèn)知心理學(xué)的發(fā)展。當(dāng)學(xué)生經(jīng)過(guò)學(xué)習(xí)以后，老師就可以根據(jù)情況要求學(xué)生做相應(yīng)的練習(xí)進(jìn)行鞏固。

2.2 曲線圖模型解讀

根據(jù)表1統(tǒng)計(jì)，人教版生物必修教材中柱形圖、曲線圖和折線圖數(shù)量比為8∶20∶9。可見(jiàn)曲線圖模型教學(xué)占有一定的優(yōu)勢(shì)，許多生物現(xiàn)象具有一定的規(guī)律性，需要用曲線圖讓讀者提取并分析信息找出規(guī)律，從而達(dá)到坐標(biāo)圖模型教學(xué)的目的。對(duì)于坐標(biāo)曲線圖這類題型解讀的關(guān)鍵可概括為八個(gè)字：識(shí)標(biāo)、明點(diǎn)、析線、解面。

（1） “識(shí)標(biāo)”：在曲線圖中，坐標(biāo)分為橫坐標(biāo)（自變量）和縱坐標(biāo)（因變量），一般情況是因變量隨自變量的變化而變化。坐標(biāo)軸上所示含義則是在識(shí)圖時(shí)必須掌握的部分信息，有時(shí)還會(huì)伴隨“單位”的出現(xiàn)。同時(shí)，需要注意坐標(biāo)圖橫縱坐標(biāo)上文字表示的內(nèi)容。如：影響酶活性的溫度與pH的坐標(biāo)圖看似很像，但因圖下面一個(gè)是“溫度”，另一個(gè)是“pH”，則曲線與橫縱坐標(biāo)變化就會(huì)有區(qū)別，即過(guò)酸、過(guò)堿或溫度過(guò)高，會(huì)使酶的空間結(jié)構(gòu)遭到破壞，使酶永久失活。溫度低可以降低活性，但不代表酶被破壞，失去活性。以上這些就會(huì)增加用圖的難度。

（2） “明點(diǎn)”：點(diǎn)在曲線圖中可表示生物體某個(gè)特定狀態(tài)下的生命活動(dòng)或最適濃度下某物質(zhì)的狀態(tài)。坐標(biāo)中的一些特殊點(diǎn)（如：起點(diǎn)、終點(diǎn)、最高點(diǎn)、最低點(diǎn)、轉(zhuǎn)折點(diǎn)、交叉點(diǎn)等）所表示的生物學(xué)意義更是明點(diǎn)的關(guān)鍵（必修1葉綠素和類胡蘿卜素的吸收光譜，如圖4）。

（3） “析線”：即分析曲線的變化趨勢(shì)和走向。線條在坐標(biāo)圖中主要反映的是事物的變化規(guī)律，一般由橫坐標(biāo)變化引起縱坐標(biāo)起伏，進(jìn)而讓學(xué)生從中找出信息，分析線條趨勢(shì)，由定量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為定性的分析，從而歸納事物變化規(guī)律，得出結(jié)論，如圖5所示。

（4） “解面”：“面”就是對(duì)坐標(biāo)中的曲線與坐標(biāo)軸（或幾條曲線）所圍成的面積進(jìn)行“圈地運(yùn)動(dòng)”，并理解該面積的生物學(xué)意義，分析其中所隱藏的信息。

2.3 折線圖模型明晰

折線圖其實(shí)與曲線圖有異曲同工之處，都可以表示因變量隨自變量的變化而變化，且有的曲線圖是由折現(xiàn)圖轉(zhuǎn)化而來(lái)的（必修3圖4-5某島嶼環(huán)頸椎種群數(shù)量的增長(zhǎng)，“J”型曲線）。但針對(duì)特殊情況時(shí)，生物體生命活動(dòng)只能使用特定折線圖來(lái)表示（必修2“受精作用”中“技能訓(xùn)練——識(shí)圖和作圖：某種生物的精原細(xì)胞有絲分裂和形成精子過(guò)程中染色體數(shù)目變化”），如果用曲線圖就很難表示出數(shù)目具體變化情況與分裂期的關(guān)系。

當(dāng)然折線圖模型也可以通過(guò)識(shí)標(biāo)、明點(diǎn)、析線、解面（在折線圖中涉及很少）進(jìn)行講解，步驟同曲線圖模型的解讀基本一致，不同在于要強(qiáng)調(diào)在橫坐標(biāo)上具體某個(gè)點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的縱坐標(biāo)的值，即數(shù)據(jù)分析的準(zhǔn)確性要求更高。坐標(biāo)軸上的文字信息、數(shù)據(jù)及“標(biāo)”是不可輕視的，因?yàn)樗鼈兯[藏的信息可能就是讀者容易忽略的關(guān)鍵點(diǎn)。

3 坐標(biāo)圖模型對(duì)生物學(xué)知識(shí)解讀價(jià)值

通過(guò)對(duì)上述三種坐標(biāo)圖模型在生物中的解讀和分析，不難看出它們之間既有內(nèi)在聯(lián)系，又有各自的特點(diǎn)。對(duì)于在生物學(xué)科中的應(yīng)用，它們都具有一定的研究?jī)r(jià)值。

3.1 對(duì)坐標(biāo)圖模型進(jìn)行圖文轉(zhuǎn)化，透過(guò)現(xiàn)象看本質(zhì)

從人教版生物必修教材或一些資料書(shū)籍中，可以看到在知識(shí)的描述中，大段文字?jǐn)⑹鲆咽恰凹页１泔垺?。面?duì)這樣的情況，不止教師覺(jué)得繁瑣，很多學(xué)生更是感到“恐懼”。當(dāng)學(xué)生面對(duì)大段文字?jǐn)⑹龅念}目時(shí)，通常他們都會(huì)被該形式給“嚇到”，便會(huì)產(chǎn)生“好難的”心理暗示，繼而放棄題目。

文字?jǐn)⑹鲛D(zhuǎn)化為簡(jiǎn)單形式更利于學(xué)生接受。吳寧、雷霆文等在生物化學(xué)教學(xué)中對(duì)抽象概念教學(xué)法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，結(jié)果顯示圖表教學(xué)班級(jí)的學(xué)生對(duì)抽象概念的理解程度明顯高于常規(guī)文字教學(xué)班的學(xué)生。這在一定程度上體現(xiàn)了“文不如表，表不如圖”的道理?；仡櫛匦?講解抵抗力穩(wěn)定性和恢復(fù)力穩(wěn)定性時(shí)，教材用了一大段文字?jǐn)⑹?，如果在此處插入一幅坐?biāo)圖（圖6），不僅把繁瑣文字簡(jiǎn)單化，還會(huì)讓讀者從中分析，找出一些隱藏的信息。如，抵抗力穩(wěn)定性越強(qiáng)時(shí)，恢復(fù)力穩(wěn)定性越弱，兩力關(guān)系相反，但又共同維護(hù)生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性等。這樣可以幫助學(xué)生透過(guò)現(xiàn)象看本質(zhì)，培養(yǎng)其洞察能力及嚴(yán)密的邏輯思維。

3.2 結(jié)合實(shí)驗(yàn)與坐標(biāo)圖模型，揭示事物變化規(guī)律

對(duì)于實(shí)驗(yàn)結(jié)果的統(tǒng)計(jì)分析，學(xué)生通過(guò)繪制和剖析坐標(biāo)圖，既可以深刻理解事物變化的規(guī)律，還可以加強(qiáng)對(duì)知識(shí)的理解。

如必修1“降低化學(xué)反應(yīng)活化能的酶”，即根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析繪制不同條件下酶活性的坐標(biāo)曲線圖（如圖7、圖8所示）。

學(xué)生在比較過(guò)氧化氫酶與Fe3+的催化效率的基礎(chǔ)上，探究溫度與pH對(duì)酶活性的影響，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，完成坐標(biāo)曲線圖的繪制。這樣不僅培養(yǎng)了學(xué)生觀察和數(shù)據(jù)分析能力，也考查了學(xué)生動(dòng)手實(shí)操能力。運(yùn)用坐標(biāo)曲線比單純的文字更形象地表明溫度和pH與酶活性之間的變化規(guī)律，而曲線的繪制是通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)來(lái)完成，因而也更具說(shuō)服力。

3.3 作為培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科間知識(shí)遷移、相互交叉運(yùn)用能力的教學(xué)工具

坐標(biāo)圖作為數(shù)學(xué)模型，已在多個(gè)學(xué)科間作為教學(xué)策略和工具使用。物理學(xué)的拋物運(yùn)動(dòng)、力場(chǎng)分析等；化學(xué)的酸堿中和、反應(yīng)前后各種量之間的關(guān)系等；生物學(xué)種群增長(zhǎng)曲線（“J”、“S”型曲線）、物質(zhì)跨膜運(yùn)輸（番茄和水稻對(duì)礦物質(zhì)運(yùn)輸?shù)闹螆D）等；地理的氣溫曲線和降水柱狀圖、海水溫度、鹽度隨緯度變化圖等。這些學(xué)科基本都會(huì)涉及坐標(biāo)圖模型的運(yùn)用，因此學(xué)生可舉一反三，將本學(xué)科知識(shí)運(yùn)用到別的學(xué)科領(lǐng)域。

【例1】 某反應(yīng)的反應(yīng)過(guò)程中能量變化如圖9所示（圖中E1表示正反應(yīng)的活化能，E2表示逆反應(yīng)的活化能）。下列有關(guān)敘述正確的是（ ）

A. 該反應(yīng)為放熱反應(yīng)

B. 催化劑能改變?cè)摲磻?yīng)的焓變

C. 催化劑能降低該反應(yīng)的活化能

D. 逆反應(yīng)的活化能大于正反應(yīng)的活化能

分析：由圖像分析，反應(yīng)物能量低于生成物能量，則該反應(yīng)是吸熱反應(yīng)；催化劑只能改變反應(yīng)速率，不能改變?cè)摲磻?yīng)的焓變；催化劑改變化學(xué)反應(yīng)速率就是降低了反應(yīng)的活化能，所以C選項(xiàng)正確；圖象分析逆反應(yīng)的活化能E2小于正反應(yīng)的活化能E1。

【例2】 圖10中曲線I、Ⅱ分別表示物質(zhì)A在無(wú)催化劑條件和有酶催化條件下生成物質(zhì)P所需的能量變化過(guò)程。下列相關(guān)敘述正確的是（ ）

A. ab段表示在無(wú)催化劑條件下，物質(zhì)A生成物質(zhì)P需要的活化能

B. 若將酶催化改為無(wú)機(jī)催化劑催化該反應(yīng)，則b在縱軸上將向下移動(dòng)

C. 若僅增加反應(yīng)物A的量，則圖中曲線的原有形狀均發(fā)生改變

D. 若曲線Ⅱ?yàn)樽钸m酶促條件下的曲線，改變酶促條件后，則b在縱軸上將向上移動(dòng)

分析：活化能定義是分子從常態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槿菀装l(fā)生化學(xué)反應(yīng)的活躍狀態(tài)所需要的能量，而酶能降低化學(xué)反應(yīng)的活化能。由圖分析，ac段表示在無(wú)催化劑條件下，物質(zhì)A生成物質(zhì)P需要的活化能；若將酶催化改為無(wú)機(jī)催化劑催化，因酶的催化效率比無(wú)機(jī)催化劑高，則b在縱軸上應(yīng)向“上”移動(dòng)；若僅增加反應(yīng)物A的量，則圖中曲線的原有形狀不發(fā)生改變；若曲線Ⅱ?yàn)樽钸m酶促條件下的曲線，改變酶促條件后，酶活性降低，則需要更多的活化能，b在縱軸上將向上移動(dòng)。

答案：D。

例1是化學(xué)催化劑知識(shí)的體現(xiàn)，例2則是生物學(xué)的酶活性與活化能的考查，兩者都是闡述催化劑對(duì)事物變化的影響，且坐標(biāo)圖模型的類型也基本相同。當(dāng)學(xué)生通過(guò)接觸到某一學(xué)科后，也會(huì)為其他學(xué)科知識(shí)的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)，這就培養(yǎng)學(xué)生知識(shí)遷移、交叉運(yùn)用的能力。

4 使用坐標(biāo)圖模型存在的問(wèn)題及對(duì)策

坐標(biāo)圖模型的運(yùn)用并非萬(wàn)能。首先，對(duì)于某些特定現(xiàn)象（質(zhì)壁分離動(dòng)態(tài)變化）或是裝置圖實(shí)操時(shí)（顯微鏡觀察幾種細(xì)胞），坐標(biāo)圖模型的運(yùn)用就顯得微不足道。此外圖表試題過(guò)于單調(diào)，基本上都是數(shù)據(jù)分析和坐標(biāo)圖處理，如結(jié)構(gòu)模式圖、實(shí)物圖以及一些概念圖等試題就很少涉及。但這些圖示也是考查學(xué)生對(duì)知識(shí)掌握程度和動(dòng)手操作能力的關(guān)鍵。在新課改中這些圖形的出現(xiàn)體現(xiàn)了素質(zhì)教育以全面發(fā)展人才為主的趨勢(shì)。針對(duì)這種情況，教師在教學(xué)時(shí)可以運(yùn)用實(shí)物圖、動(dòng)畫(huà)、動(dòng)手操作及多媒體等演示，從而加深學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)和掌握。因此對(duì)于坐標(biāo)圖模型的運(yùn)用只是教學(xué)的一部分，需結(jié)合其他圖像的綜合運(yùn)用才是教育發(fā)展的走勢(shì)。

其次坐標(biāo)圖模型過(guò)于定性化，由于影響生物生命現(xiàn)象與活動(dòng)的內(nèi)外因素很復(fù)雜，給生物學(xué)基本規(guī)律的探索帶來(lái)了一定的難度。因此較多的坐標(biāo)曲線圖僅從定性角度上分析自變量與因變量的關(guān)系，忽略了自身本質(zhì)的變化規(guī)律，一味追求結(jié)果，失去了探究過(guò)程自身的意義。面對(duì)這樣的結(jié)果，教師可采取誤差分析，重復(fù)實(shí)驗(yàn)，探索無(wú)關(guān)變量在其間起到的作用等方式處理，從而在一定程度上完善實(shí)驗(yàn)。

當(dāng)然目前為止，坐標(biāo)圖模型在生物學(xué)中覆蓋了豐富的內(nèi)涵和知識(shí)，是事物變化基本規(guī)律的體現(xiàn)，也是學(xué)生能力測(cè)試的反映。它不僅培養(yǎng)了學(xué)生圖文轉(zhuǎn)換的能力，考查了學(xué)生實(shí)際操作和分析事物變化規(guī)律的能力，還增強(qiáng)了學(xué)生交叉運(yùn)用知識(shí)的能力。因此，教師應(yīng)正確認(rèn)識(shí)坐標(biāo)圖模型，解讀好其教學(xué)策略與實(shí)際運(yùn)用，從而體現(xiàn)出坐標(biāo)圖模型對(duì)生物學(xué)教學(xué)的價(jià)值。

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