模型轉(zhuǎn)換在高中生物教學(xué)中的應(yīng)用

摘 要：本文總結(jié)歸納了平時教學(xué)、解題分析和綜合復(fù)習(xí)等環(huán)節(jié)中模型轉(zhuǎn)換能力的培養(yǎng)，對教學(xué)實踐中的體會進(jìn)行了反思和總結(jié)。

關(guān)鍵詞：高中生物教學(xué)；模型轉(zhuǎn)換；解題分析；綜合復(fù)習(xí)

近年來，模型教學(xué)廣泛應(yīng)用數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)和生物等課堂，并已經(jīng)成為中學(xué)教學(xué)研究的一個熱門課題。新課程背景下的《普通高中生物課程標(biāo)準(zhǔn)》也增加了模型建構(gòu)等教學(xué)內(nèi)容，建模思維和建模能力成為中學(xué)生必備的科學(xué)素養(yǎng)。因此，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識模型和熟悉模型，尤其在特定情景下進(jìn)行模型轉(zhuǎn)換，日益成為中學(xué)生物教師教學(xué)中的焦點。

一、 模型轉(zhuǎn)換能力的培養(yǎng)

（一） 平時教學(xué)中培養(yǎng)模型轉(zhuǎn)換意識

要進(jìn)行模型轉(zhuǎn)換，首先必須熟練掌握各種模型的構(gòu)成以及各自特點。因此教師在平時教學(xué)過程中，必須引導(dǎo)學(xué)生去認(rèn)識模型，分析模型，特別是教材中出現(xiàn)的幾個典型的生物模型要重點討論和講解，如光合作用相關(guān)坐標(biāo)曲線模型、DNA的結(jié)構(gòu)模型和減數(shù)分裂染色體變化模型等，從而培養(yǎng)學(xué)生構(gòu)建模型和轉(zhuǎn)換模型的意識。例如：教學(xué)《細(xì)胞的增殖》中的“細(xì)胞周期”這一概念時，我要求學(xué)生選擇用不同的模型來表示一個細(xì)胞周期。學(xué)生根據(jù)自己的愛好和特長先自主思考，然后再進(jìn)行同桌間的討論。匯報時，有的用一個圓來表示（圖1），把細(xì)胞周期的連續(xù)性表現(xiàn)得淋漓盡致；有的用線段來表示（圖2），簡潔明了；有的用坐標(biāo)曲線來表示（圖3），能較好反映細(xì)胞周期中關(guān)鍵性物質(zhì)DNA的變化；還有一些同學(xué)用柱形圖表示（圖4），更加直觀，各期比例非常清楚。最后我要求學(xué)生總結(jié)和歸納各模型的優(yōu)點，對各模型進(jìn)行比較分析，找出相互之間的聯(lián)系，以及如何進(jìn)行相互之間的轉(zhuǎn)換，從而培養(yǎng)模型轉(zhuǎn)換的意識。

教學(xué)反思：模型轉(zhuǎn)換意識的培養(yǎng)應(yīng)貫穿于平時的點滴教學(xué)中，要引導(dǎo)學(xué)生自主地進(jìn)行模型構(gòu)建和模型轉(zhuǎn)換，要結(jié)合學(xué)生的興趣和個性特長開展教學(xué)活動。眾所周知，學(xué)生在情緒、興趣、注意、思維等諸多方面存在著差異，同一種方法不一定適合每一個學(xué)生。教師在開展模型轉(zhuǎn)換教學(xué)時，要充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用，尊重學(xué)生的個性、特征。讓學(xué)生自由選擇相應(yīng)模型來解決實際問題，教師及時指導(dǎo)如何進(jìn)行模型之間的轉(zhuǎn)換，這樣既培養(yǎng)了模型轉(zhuǎn)換的意識，又能使學(xué)生獲得最大限度的發(fā)展。

（二） 解題分析時運(yùn)用模型轉(zhuǎn)換方法

在解題過程中，有時會遇到題干很復(fù)雜很難理解的題目，學(xué)生讀了幾遍還是無法真正理解題目表達(dá)的意思，這時如果能夠把復(fù)雜題干轉(zhuǎn)換成一個概念圖模型，用圖解的方法把其動態(tài)變化的過程展示出來，會起到事半功倍的效果。

例題呈現(xiàn)：研究小白鼠的生命活動調(diào)節(jié)時發(fā)現(xiàn)：向小白鼠注射促甲狀腺激素，會使下丘腦的促甲狀腺激素釋放激素分泌減少。對此現(xiàn)象的解釋有兩種觀點，觀點一：這是促甲狀腺激素直接對下丘腦進(jìn)行反饋調(diào)節(jié)的結(jié)果；觀點二：這是促甲狀腺激素通過促進(jìn)甲狀腺分泌甲狀腺激素，進(jìn)而對下丘腦進(jìn)行反饋調(diào)節(jié)的結(jié)果。為探究原因，請根據(jù)以下實驗材料和用具，設(shè)計實驗思路，并預(yù)測實驗結(jié)果。

（1）實驗材料和用具：生理狀態(tài)相同的小白鼠若干，各種相應(yīng)手術(shù)、注射器材，適宜濃度的促甲狀腺激素等（對相關(guān)激素的檢測方法及相關(guān)手術(shù)過程不作要求）

（2）實驗步驟：

①將生理狀態(tài)相同的小白鼠平均分為A、B兩組，測定兩組動物血液中________的含量，取平均值。

②用手術(shù)器械將A組小白鼠的________（器官）切除，B組做相同的外傷手術(shù)，但不摘除此器官。

③ 。

④ 。

（3）請你預(yù)期實驗現(xiàn)象并得出相應(yīng)的結(jié)論。

（4）如果實驗得到的結(jié)果既不支持觀點一，也不支持觀點二，請你再提出其他的觀點。

解析：在改卷過程中，發(fā)現(xiàn)學(xué)生錯誤很多，得分率很低，各種錯誤解答五花八門。我經(jīng)過整理后，作了細(xì)細(xì)的思考，努力尋找錯誤的癥結(jié)所在，并且又找了一些同學(xué)進(jìn)行交流和分析，終于找出了出錯的主要原因：拿到這個題目，讀完冗長的題干，不知道如何分析，無法理解題干所表達(dá)的意思。這時我及時地提示學(xué)生進(jìn)行模型轉(zhuǎn)換，引導(dǎo)學(xué)生把題干文字陳述轉(zhuǎn)換成概念圖模型再進(jìn)行分析（圖5）。學(xué)生馬上發(fā)現(xiàn)整個題干的意思就變得清楚明了：該實驗題要探究的問題無非是促甲狀腺激素是直接抑制下丘腦的活動還是間接抑制下丘腦的活動。

圖5 概念圖模型

答案：（2）①促甲狀腺激素釋放激素 ②甲狀腺 ③向A、B兩組小白鼠注射等量的適宜濃度的促甲狀腺激素 ④在相同且適宜的環(huán)境條件下培養(yǎng)一段時間，測定A、B兩組小白鼠血液中促甲狀腺激素釋放激素的含量，取平均值。

（3）若A組小白鼠促甲狀腺激素釋放激素不減少（或增加），B組小白鼠促甲狀腺激素釋放激素減少，則支持觀點二；若A組小白鼠和B組小白鼠促甲狀腺激素釋放激素都減少，且減少的量相等，則支持觀點一。

（4）這是促甲狀腺激素對下丘腦進(jìn)行反饋調(diào)節(jié)，又通過促進(jìn)甲狀腺分泌甲狀腺激素，進(jìn)而對下丘腦進(jìn)行反饋調(diào)節(jié)的結(jié)果。（其他答案合理也給分）

反思體會：概念圖模型是把題干中文字和關(guān)鍵詞由箭頭等符號連接形成的一種模型圖，它的特點是圖示比較直觀化、模式化，表達(dá)比較簡明、清楚。它既能揭示事物的主要特征、本質(zhì)，又直觀形象、通俗易懂。概念圖模型能較好地反映題干表述的意思，可將內(nèi)隱的思維過程展現(xiàn)在學(xué)生面前，經(jīng)過分析能迅速獲得該變化過程的關(guān)鍵特點和規(guī)律，抓住各事物之間變化的本質(zhì)原因，提高學(xué)生思維能力和解題能力。

（三） 綜合復(fù)習(xí)時進(jìn)行模型轉(zhuǎn)換的分析

在細(xì)胞代謝的復(fù)習(xí)中，很多生理過程都依賴圖、表和曲線等模型呈現(xiàn)出來。因此，在綜合復(fù)習(xí)時進(jìn)行模型轉(zhuǎn)換教學(xué)是非常必要的。并且在教學(xué)中進(jìn)行模型轉(zhuǎn)換的分析不僅能提高學(xué)生對生理過程本質(zhì)的直觀認(rèn)識，而且能領(lǐng)悟到生物模型的科學(xué)美，培養(yǎng)解決實際問題的能力，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性思維。

例如在代謝復(fù)習(xí)時出現(xiàn)下面這個模型：甲圖表示某適溫下植物葉肉細(xì)胞在光照強(qiáng)度分別為a、b、c、d時，單位時間內(nèi)葉肉細(xì)胞CO2釋放量和葉綠體O2產(chǎn)生總量的變化（單位略）?？吹竭@個模型時，我沒有直接要求學(xué)生去認(rèn)識它，而是拿出了平時代謝教學(xué)中很熟悉的另外一個模型（坐標(biāo)曲線圖乙），通過設(shè)置一系列問題層層引導(dǎo)學(xué)生對這兩個模型進(jìn)行比較和分析：

問題1：甲圖a點代表植株什么生理狀態(tài)？對應(yīng)于乙圖哪個點？學(xué)生回答：甲圖a點表示光合速率為0，對應(yīng)于乙圖A點。

問題2：甲圖b點和c點又代表植株什么生理狀態(tài)？分別對應(yīng)于乙圖哪個點？經(jīng)過一番思考與討論，學(xué)生回答：甲圖b點時，光合速率是3個單位，呼吸速率不變?nèi)允?個單位，所以呼吸速率大于光合速率，對應(yīng)于乙圖AB之間的某個點（不包括A點和B點）；c點葉綠體O2釋放量為6，葉肉細(xì)胞CO2釋放量為0，代表光合速率等于呼吸速率，對應(yīng)乙圖中的B點。

問題3：甲圖中d點對應(yīng)于乙圖中的C點嗎？學(xué)生回答：不一定，從圖中信息很難判斷，可能是BC之間的點，也可能是C點以后。通過上述比較分析，能激發(fā)學(xué)生的思維，提高應(yīng)變能力，使知識融會貫通，真正做到“懂一題，會一類”的效果。

教學(xué)體會：坐標(biāo)曲線比較形象直觀，能清晰地反映出隨光照強(qiáng)度變化各階段葉肉細(xì)胞CO2的數(shù)量變化以及葉綠體O2釋放量的變化，把直方圖模型轉(zhuǎn)換成曲線模型后將兩者進(jìn)行比較分析，能培養(yǎng)學(xué)生模型轉(zhuǎn)換的能力，掌握解答這類題目的方法，也增強(qiáng)了自身分析思維能力。

二、 實踐中的幾點想法

模型轉(zhuǎn)換作為高中生物一種科學(xué)的思維方法，對學(xué)生知識、能力、情感態(tài)度的發(fā)展具有重要意義，該方法的要點是抓住題干中原模型的本質(zhì)特征以及題目的客觀要求，把復(fù)雜的原模型進(jìn)行簡化，以構(gòu)建一個能解決題目客觀要求的新模型，便于學(xué)生解決許多實際的問題，更透徹地理解生物科學(xué)知識。在具體的教學(xué)實踐中，筆者有以下幾點想法：

（一） 運(yùn)用的目的要明確

必須有利于學(xué)生對原模型的理解，這是解題中運(yùn)用模型轉(zhuǎn)換的前提條件。不能立足于表面和形式化，不講究實效。不能只是了解模型轉(zhuǎn)換的知識，不掌握模型轉(zhuǎn)換的具體方法，造成學(xué)生只是學(xué)到膚淺的知識，沒有真正提高能力。因此，通過模型轉(zhuǎn)換教學(xué)，必須能增強(qiáng)學(xué)生對問題本質(zhì)的認(rèn)識，有效提高學(xué)生的解題能力，提高生物學(xué)素養(yǎng)。

（二） 授之以漁，讓學(xué)生會學(xué)

俗語說得好“授人以魚不如授人以漁”。因此，在教學(xué)中應(yīng)該積極引導(dǎo)學(xué)生去理解、掌握和運(yùn)用。以學(xué)生為教學(xué)的主體，是模型轉(zhuǎn)換教學(xué)的核心，也符合新課程的理念。當(dāng)題目呈現(xiàn)的材料或模型很難對該題進(jìn)行分析時，及時引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行模型轉(zhuǎn)換，讓學(xué)生主動地參與知識的運(yùn)用過程。教師通過提出一系列問題，如進(jìn)行哪種類型的轉(zhuǎn)換；這樣轉(zhuǎn)換的優(yōu)點；轉(zhuǎn)換過程中應(yīng)該要注意哪些問題等，通過讓學(xué)生相互討論，進(jìn)行必要的思維碰撞，讓學(xué)生學(xué)會模型轉(zhuǎn)換的方法，認(rèn)識到通過對各種模型的比較、分析和總結(jié)，找出知識的本質(zhì)聯(lián)系和區(qū)別，提高學(xué)習(xí)的能力。

（三） 不能把模型轉(zhuǎn)換作為絕對真理去認(rèn)識和運(yùn)用

模型轉(zhuǎn)換是在一定的條件和范圍內(nèi)操作的，運(yùn)用時一定要注意條件或做一些必要的修改。且并不是所有的生物模型試題都需要進(jìn)行模型轉(zhuǎn)換，那些直接利用原模型就能輕松解答的生物試題是沒有必要進(jìn)行模型轉(zhuǎn)換的。因此，模型轉(zhuǎn)換作為高中生物教學(xué)一種重要方法，要用得恰當(dāng)、合理，才能在生物試題解答中發(fā)揮其重要的作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]周雪峰.生物學(xué)教學(xué)中模型建構(gòu)及應(yīng)用[J].生物學(xué)教學(xué)，2010，35（2）：30-32.

[2]黃偉權(quán).數(shù)學(xué)模型的常見類型和建構(gòu)方法[J].生物學(xué)教學(xué)，2010，35（8）：20-21.

[3]周荷靜.利用模型方法提高“蛋白質(zhì)專題”的復(fù)習(xí)效率[J].生物學(xué)教學(xué)，2012，37（5）：26-27.

作者簡介：

陶志堅，浙江省紹興市，浙江省紹興市柯橋區(qū)柯橋中學(xué)。