模型題答題例析

吳慶華 （湖北省荊州市教育科學(xué)研究院 湖北荊州 434020）

模型題答題例析

吳慶華 （湖北省荊州市教育科學(xué)研究院 湖北荊州 434020）

“獲得生物學(xué)基本事實(shí)、概念、原理、規(guī)律和模型等方面的基礎(chǔ)知識(shí)”是《普通高中生物課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)）》(下簡稱《課程標(biāo)準(zhǔn)》)“課程目標(biāo)”中知識(shí)目標(biāo)的第一項(xiàng)。因此，有關(guān)“模型”的基礎(chǔ)知識(shí)是高中生物教學(xué)的重點(diǎn)內(nèi)容，在教學(xué)和評(píng)價(jià)中應(yīng)予以重視?，F(xiàn)以高三年級(jí)4月大型調(diào)考“理科綜合·生物”的1道模型題為例，簡析學(xué)生答題存在的主要問題。

1 試題舉例

圖1為草原生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)的圖解。其中A、B、C分別表示流入各營養(yǎng)級(jí)生物的能量，D、E、F分別表示各營養(yǎng)級(jí)生物未被利用的能量，G、H、I分別表示草、兔子和狼呼吸作用消耗的能量，J、K、L分別表示流入分解者的能量。請(qǐng)據(jù)圖回答下列問題：

圖1 草原生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)的圖解

（1）構(gòu)成食物鏈最基本的概念圖可表示為____________（文字簡圖）。

（4）流入該生態(tài)系統(tǒng)的總能量中，流入到最高營養(yǎng)級(jí)能量最大值的數(shù)學(xué)模型可表示為_________（數(shù)學(xué)表達(dá)式）。

（2）（3）（5）略。

參考答案：（1） 生產(chǎn)者→消費(fèi)者；（4） C=4%A。

2 試題的主要特點(diǎn)

（1）重點(diǎn)考查概念模型和數(shù)學(xué)模型的建構(gòu)。生物模型包括概念模型、物理模型和數(shù)學(xué)模型三類。第（1）（4）小題，重點(diǎn)考查了概念模型和數(shù)學(xué)模型的表達(dá)式，對(duì)分析、歸納和概括能力的要求高。

（2）聯(lián)系重點(diǎn)知識(shí)考查模型建構(gòu)的思維過程。本題考查的知識(shí)點(diǎn)是《課程標(biāo)準(zhǔn)》“生物3·穩(wěn)態(tài)與環(huán)境”中唯一的“應(yīng)用層次”的具體內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)——“分析生態(tài)系統(tǒng)中的物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)的基本規(guī)律及其應(yīng)用”，突出了對(duì)重點(diǎn)知識(shí)的考查。

3 答題分析

3.1 成績分析

經(jīng)分析，該題的難度值為0.24，學(xué)生在答題時(shí)感到很難。其中第（1）（4）小題，學(xué)生感到特別難。

3.2 學(xué)生答題存在的主要問題

3.2.1 對(duì)生物模型的概念比較陌生

許多學(xué)生對(duì)生物模型的概念和類別都比較陌生。他們?cè)诮獯鹩嘘P(guān)模型的問題時(shí)，往往感到無從下手。3.2.2 對(duì)模型建構(gòu)的基本能力比較欠缺

學(xué)生對(duì)建構(gòu)模型所需要的基礎(chǔ)知識(shí)比較欠缺。第（1）小題，很多學(xué)生不能寫出正確的、具體的食物鏈“草→兔子→狼”。如：① 有的學(xué)生在食物鏈中寫入“分解者”，不知道研究生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)的食物鏈主要是捕食食物鏈，由生產(chǎn)者和消費(fèi)者之間的捕食關(guān)系而構(gòu)成；② 有的學(xué)生將食物鏈各環(huán)節(jié)連接的方式表示為“——”，而不是能量流動(dòng)的方向“→”。同時(shí)，學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)進(jìn)行歸納概括的能力比較欠缺。如第（1）小題，很多學(xué)生將具體的食物鏈誤認(rèn)為是食物鏈的概念模型，缺乏由具體食物鏈到食物鏈概念模型的歸納概括能力，即從“草→兔子→狼”到“生產(chǎn)者→初級(jí)消費(fèi)者→次級(jí)消費(fèi)者”再到“生產(chǎn)者→消費(fèi)者”的歸納概括能力。

4 教學(xué)建議

4.1 學(xué)習(xí)課標(biāo)，明確開展模型教學(xué)的要求和價(jià)值

在《課程標(biāo)準(zhǔn)》中，除“課程目標(biāo)”對(duì)模型有明確的要求外，在“前言”有“領(lǐng)悟假說演繹、建立模型等科學(xué)方法及其在科學(xué)研究中的應(yīng)用”“領(lǐng)悟系統(tǒng)分析、建立數(shù)學(xué)模型等科學(xué)方法及其在科學(xué)研究中的應(yīng)用”的要求。在“內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)”的“生物1：分子與細(xì)胞”，列出了“嘗試建立真核細(xì)胞的模型”的具體內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)；在“生物2：遺傳與進(jìn)化”，提出“學(xué)習(xí)有關(guān)概念、原理、規(guī)律和模型，應(yīng)用有關(guān)知識(shí)分析和解決實(shí)踐中的問題”的要求，列出了“搜集DNA分子結(jié)構(gòu)模型建立過程的資料，并進(jìn)行討論和交流”和“制作DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)模型”的活動(dòng)建議，提出了“制作DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)模型”的案例；在“生物3：穩(wěn)態(tài)與環(huán)境”，列出了“嘗試建立數(shù)學(xué)模型解釋種群的數(shù)量變動(dòng)”的具體內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)。在“實(shí)施建議”，提出了“關(guān)于生物體的結(jié)構(gòu)、實(shí)物或模型具有真實(shí)感和立體感，可以作為首選的課程資源；掛圖或投影片具有圖像清晰、有明確標(biāo)注等優(yōu)點(diǎn)，可以在觀察實(shí)物或模型后用來進(jìn)一步觀察和識(shí)別”等建議。高中生物的模型建構(gòu)活動(dòng)，其主要價(jià)值是讓學(xué)生通過嘗試建立模型、體驗(yàn)建立模型中的思維過程,領(lǐng)悟模型方法,并獲得或鞏固有關(guān)生物學(xué)概念。

4.2 研究教材，用好開展模型教學(xué)的載體

4.2.1 理解教材中模型的概念

教材是開展高中生物模型教學(xué)最重要的載體?，F(xiàn)行人教版高中生物教材對(duì)模型、概念模型、物理模型和數(shù)學(xué)模型等都作出了明確的定義。如“模型是人們?yōu)榱四撤N特定目的而對(duì)認(rèn)識(shí)對(duì)象所作的一種簡化的概括性的描述，這種描述可以是定性的，也可以是定量的；有的借助于具體的實(shí)物或其他形象化的手段，有的則通過抽象的形式來表達(dá)”?！皩⒁唤M相關(guān)概念用線條和文字連接成圖形，直觀而形象地表示出這些概念之間的關(guān)系”，這種模型是概念模型?！耙詫?shí)物或圖畫形式直觀地表達(dá)認(rèn)識(shí)對(duì)象的特征，這種模型就是物理模型。”“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”等。教師可通過實(shí)例，引導(dǎo)學(xué)生參與分析的思維過程，加深學(xué)生對(duì)模型概念的理解。

4.2.2 用活教材中以模型呈現(xiàn)的知識(shí)

教材中絕大多數(shù)的知識(shí)都以模型的形式呈現(xiàn)。如光合作用的原理、孟德爾的豌豆雜交實(shí)驗(yàn)和達(dá)爾文自然選擇學(xué)說的要點(diǎn)等所涉及概念的內(nèi)容，都是通過概念模型呈現(xiàn)。又如DNA分子的結(jié)構(gòu)、DNA的復(fù)制、基因的表達(dá)、遺傳規(guī)律的比例、基因頻率、種群密度調(diào)查、種群“J”型增長、生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)規(guī)律等的計(jì)算，都是通過建立數(shù)學(xué)模型解決；而細(xì)胞和各種組織器官的立體結(jié)構(gòu)模型、DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)模型、生物膜鑲嵌模型、有絲分裂和減數(shù)分裂中染色體行為變化模型等，都是通過物理模型呈現(xiàn)。教材還專門設(shè)計(jì)有“模型建構(gòu)”欄目，對(duì)物理模型（必修1P54、必修2 P23、P50 和必修 3P26）、概念模型（必修 3P26）和數(shù)學(xué)模型（必修3P65）等模型建構(gòu)的一般方法進(jìn)行指導(dǎo)。在課堂教學(xué)中，教師可結(jié)合這些模型，設(shè)計(jì)系列環(huán)環(huán)相扣的問題，以激發(fā)學(xué)生的興趣，啟迪學(xué)生的思維。通過從現(xiàn)象到本質(zhì)等一系列復(fù)雜的思維過程，教師引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)參與構(gòu)建模型的探究過程，體現(xiàn)以理性思維為主線的模型教學(xué)的基本特征，讓教材中以模型呈現(xiàn)的知識(shí)“活”起來。

4.2.3 落實(shí)教材中以模型呈現(xiàn)的檢測(cè)題

人教版教材中每章結(jié)尾的自我檢測(cè)幾乎都設(shè)計(jì)有本章不同節(jié)相關(guān)內(nèi)容間聯(lián)系的概念圖（概念模型）練習(xí)，章、節(jié)結(jié)尾的練習(xí)和自我檢測(cè)等欄目設(shè)計(jì)的蛋白質(zhì)合成、遺傳概率和減數(shù)分裂配子類型計(jì)算等數(shù)學(xué)模型練習(xí)，以及必修1P69設(shè)計(jì)的課外制作物理模型練習(xí)等。在課堂教學(xué)中，教師可結(jié)合這些檢測(cè)題，引導(dǎo)學(xué)生梳理模型知識(shí)，反饋學(xué)生掌握模型的信息，在及時(shí)鞏固模型知識(shí)的基礎(chǔ)上，提升學(xué)生整體建構(gòu)模型的綜合能力。

4.3 優(yōu)化策略，培養(yǎng)學(xué)生模型建構(gòu)的能力

4.3.1 重視模型建構(gòu)的思維過程

教師要重視學(xué)生運(yùn)用分析與概括、模型與建模和批判性思維等方法，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)參與模型建構(gòu)的思維過程。如解答第（4）小題的思維過程為：①流入每個(gè)營養(yǎng)級(jí)的能量是多少？流入草、兔子和狼等三個(gè)營養(yǎng)級(jí)的能量是流入該營養(yǎng)級(jí)的同化量，依次是圖中的A、B和C。②每個(gè)營養(yǎng)級(jí)能量的去向是怎樣的？將題干中能量流動(dòng)的圖解轉(zhuǎn)化為圖2后可得，三個(gè)營養(yǎng)級(jí)能量的去向依次為：A=G+J+B+D、B=H+K+C+E和C=I+L+F。③每個(gè)營養(yǎng)級(jí)能量流動(dòng)的傳遞效率怎樣計(jì)算？每個(gè)營養(yǎng)級(jí)能量流動(dòng)傳遞效率的計(jì)算公式是：流入下一營養(yǎng)級(jí)的生物量÷流入該營養(yǎng)級(jí)的生物量×100%。根據(jù)題干要求“流入到最高營養(yǎng)級(jí)能量的最大值”，即能量傳遞效率取最高值20%，如B/A=20%，C/B=20%。則流入到最高營養(yǎng)級(jí)能量C的最大值與流入該生態(tài)系統(tǒng)能量A之間關(guān)系的數(shù)學(xué)模型為C=4%A。

圖2 轉(zhuǎn)化后的能量流動(dòng)示意圖

4.3.2 加強(qiáng)模型教學(xué)的評(píng)價(jià)

評(píng)價(jià)在常規(guī)教學(xué)中具有導(dǎo)向作用。在課堂教學(xué)評(píng)價(jià)以及階段性和終結(jié)性教學(xué)評(píng)價(jià)中，教師要適當(dāng)加大對(duì)模型教學(xué)效果的檢查力度。通過評(píng)價(jià)高中生物模型教學(xué)的效果，進(jìn)一步調(diào)動(dòng)廣大師生開展模型教學(xué)的積極性，培養(yǎng)學(xué)生模型建構(gòu)的能力，促進(jìn)學(xué)生理性思維，進(jìn)一步提升學(xué)生的生物學(xué)核心素養(yǎng)。

[1] 中華人民共和國教育部.普通高中生物課程標(biāo)準(zhǔn)(實(shí)驗(yàn))[S].北京：人民教育出版社，2015.

[2] 譚永平.高中生物學(xué)新課程中的模型、模型方法及模型建構(gòu)[J].生物學(xué)教學(xué)，2009，34(1)：10.

[3] 朱正威，趙占良.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書·生物·必修1分子與細(xì)胞[M].北京：人民教育出版社，2015：14，54.

[4] 朱正威，趙占良.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書·生物·必修3穩(wěn)態(tài)與環(huán)境[M].北京：人民教育出版社，2015：65.

文件編號(hào)：1003-7586(2017)10-0059-02