基于學(xué)科核心素養(yǎng)的高中生物模型構(gòu)建的培養(yǎng)

王新棟 嚴(yán)雪梅 高雅

摘要：模型構(gòu)建作為一種現(xiàn)代科學(xué)認(rèn)識(shí)手段和思維方式，對(duì)解決生物學(xué)問(wèn)題有著廣泛的應(yīng)用價(jià)值和意義。筆者依據(jù)高中生物人教版2019教材內(nèi)容，挖掘模型資源，對(duì)模型分類、培養(yǎng)模型思維能力的教學(xué)滲透，提高學(xué)生的思維能力。

關(guān)鍵詞：模型分類;思維;應(yīng)用

基于生物學(xué)科核心素養(yǎng)，新高考將科學(xué)探究能力的考查列為重要內(nèi)容，強(qiáng)調(diào)學(xué)生不僅掌握科學(xué)知識(shí)，更應(yīng)該學(xué)習(xí)科學(xué)研究的一般方法。正如新課標(biāo)所指出“要領(lǐng)悟建立模型等科學(xué)方法及其在科學(xué)研究中的應(yīng)用”，學(xué)生在學(xué)習(xí)生物知識(shí)的過(guò)程中對(duì)生物模型的識(shí)別，在解決生物問(wèn)題的過(guò)程中對(duì)生物模型的構(gòu)建或還原，以及依據(jù)恰當(dāng)?shù)纳锬Ｐ吞幚韺?shí)際問(wèn)題的能力。筆者依據(jù)高中生物人教版2019教材內(nèi)容，挖掘模型資源，對(duì)學(xué)生進(jìn)行模型構(gòu)建的教學(xué)滲透，培養(yǎng)學(xué)生的模型構(gòu)建思維能力。

模型可分為物理模型、數(shù)學(xué)模型、概念模型和思維模型等四種類型。

一、物理模型

物理模型，是以實(shí)物或圖畫(huà)形式直觀地表達(dá)認(rèn)識(shí)對(duì)象的特征。學(xué)生在學(xué)習(xí)生物學(xué)科之前已從其他學(xué)科的學(xué)習(xí)中獲得過(guò)一些模型知識(shí)，物理模型讓學(xué)生真正體驗(yàn)到了模型之實(shí)，因此要讓學(xué)生親自動(dòng)手做一個(gè)實(shí)物模型就是最好的感知。

案例1：（2019人教版必修1P57）嘗試制作真核細(xì)胞的三維結(jié)構(gòu)模型

通過(guò)真核細(xì)胞結(jié)構(gòu)實(shí)物模型的制作活動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生思考、合作、討論，根據(jù)自身的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)主動(dòng)地去建構(gòu)模型，親手參與制作、觸手可及的實(shí)物模型足以讓學(xué)生對(duì)模型及模型的構(gòu)建產(chǎn)生強(qiáng)烈的感性認(rèn)識(shí)。隨著教學(xué)進(jìn)展，生物膜模型、DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的制作或教具展示將在不同階段對(duì)學(xué)生的模型意識(shí)加以鞏固強(qiáng)化。

二、數(shù)學(xué)模型

數(shù)學(xué)模型則是用符號(hào)、公式、圖象等數(shù)學(xué)語(yǔ)言表現(xiàn)生物學(xué)現(xiàn)象、特征和狀況，如種群的“J”形增長(zhǎng)曲線等。相對(duì)于實(shí)物模型而言它們只停留于紙上，是“虛”的，還是比較抽象的，因此對(duì)模型這一新事物真正的認(rèn)識(shí)和掌握應(yīng)虛實(shí)結(jié)合。

高中生物教材中的數(shù)學(xué)模型

1.蛋白質(zhì)的多樣性：20?n ，20表示有20種氨基酸，n表示由n個(gè)氨酸。

2.DNA分子的多樣性4n，4表示4種脫氧核苷酸，n表示DNA分子每條鏈上的脫氧核苷酸數(shù)

3.分離定律F1到F2：（D+d）2 D、d為一對(duì)等位基因，D+d表示親代產(chǎn)生的兩種配子基因，平方則表示雌雄配子的隨機(jī)結(jié)合。

4.自由組合定律（2019人教版必修2P10）旁欄思考：從數(shù)學(xué)的角度分析，9：3：3：1與3：1能否建立數(shù)學(xué)聯(lián)系？利用數(shù)學(xué)乘法定律（3：1）×（3：1）=9：3：3：1，即可推導(dǎo)出后代的性狀分離比。

案例2：（2019全國(guó)卷III·31）回答下列與種群數(shù)量有關(guān)的問(wèn)題。

（1）將某種單細(xì)胞菌接種到裝有10 mL液體培養(yǎng)基（培養(yǎng)基M）的試管中，培養(yǎng)并定時(shí)取樣進(jìn)行計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)后發(fā)現(xiàn)，試管中該種菌的總數(shù)達(dá)到a時(shí)，種群數(shù)量不再增加。由此可知，該種群增長(zhǎng)曲線為_(kāi)_____型，且種群數(shù)量為時(shí)______，種群增長(zhǎng)最快。

（2）若將該種菌接種在5 mL培養(yǎng)基M中，培養(yǎng)條件同上，則與上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果相比，該種菌的環(huán)境容納量（K值）_________（填“增大”“不變”或“減小”）。若在5 mL培養(yǎng)基M中接種該菌的量增加一倍，則與增加前相比，K值_________（填“增大”“不變”或“減小”），原因是_________。

【解析】（2020人教版選擇性必修2P9）S形增長(zhǎng)曲線的假設(shè)是：資源和空間是有限的，當(dāng)種群密度增大時(shí)，種內(nèi)競(jìng)爭(zhēng)就會(huì)加劇，這就會(huì)使種群的出生率降低，死亡率升高。當(dāng)死亡率升高至與出生率相等時(shí)，種群的增長(zhǎng)就會(huì)停止，有時(shí)會(huì)穩(wěn)定在一定的水平。

三、概念模型

概念模型：指以文字表述來(lái)抽象概括出事物本質(zhì)特征的模型。如：對(duì)真核細(xì)胞結(jié)構(gòu)共同特征的文字描述、光合作用過(guò)程中物質(zhì)和能量的變化的解釋、達(dá)爾文的自然選擇學(xué)說(shuō)的解釋模型等;尤其是在高三一輪復(fù)習(xí)中的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建。

案例3：（2020人教版選擇性必修1P29）興奮在神經(jīng)元之間的傳遞

教材用了很長(zhǎng)的一段文字來(lái)描述這一過(guò)程，學(xué)生往往看了前面忘了后面，無(wú)法完整建構(gòu)，難于理解掌握。在講解了神經(jīng)沖動(dòng)在神經(jīng)纖維上的傳導(dǎo)的基礎(chǔ)上，應(yīng)用模型工具，可以解決這一難題。

教師給出神經(jīng)元之間通過(guò)突觸傳遞信息圖解，組織學(xué)生識(shí)圖、看書(shū)、討論，最終完成興奮在細(xì)胞間傳遞的過(guò)程模型圖。根據(jù)學(xué)生給出的不同答案進(jìn)行分析、討論、完善?？偨Y(jié)：此案例從原型（教材文字信息）中提取出主干因素，用建構(gòu)概念模型的方法將細(xì)胞間興奮傳遞的過(guò)程，使學(xué)生在對(duì)這塊知識(shí)認(rèn)知簡(jiǎn)單化，同時(shí)形成特有的模型思維方式。

四、思維模型

模型構(gòu)建思維能力是指學(xué)生在學(xué)習(xí)生物知識(shí)的過(guò)程中對(duì)生物模型的識(shí)別，在解決生物問(wèn)題的過(guò)程中對(duì)生物模型的構(gòu)建或還原，以及依據(jù)恰當(dāng)?shù)纳锬Ｐ吞幚韺?shí)際問(wèn)題的能力。

案例4：（2019人教版必修2P38）人的白化病是常染色體遺傳，正常（A）對(duì)白化（a）是顯性。一對(duì)表現(xiàn)型正常的夫婦，生了一個(gè)既患白化病又患紅綠色盲的男孩。

1.這對(duì)夫婦的基因型是______。

師：孟德?tīng)栐诿鎸?duì)豌豆多對(duì)相對(duì)性狀時(shí)，首先對(duì)每一對(duì)相對(duì)性狀的遺傳分別進(jìn)行研究.請(qǐng)同學(xué)們自己嘗試.

生：（學(xué)生動(dòng)手）

師：白化病 A___ X? A___-----aa

（隱性突破法，得知雙親為Aa和Aa）;

紅綠色盲病 XBX_ X? XBY------XbY

（紅綠色盲遺傳特點(diǎn)，交叉遺傳，得知母親為XBXb）

母親基因型為AaXBXb 父親基因型為AaXBY

像上例得到的模型屬于思維模型，即孟德?tīng)査枷搿皬?fù)雜問(wèn)題簡(jiǎn)單化”，性狀一對(duì)一對(duì)進(jìn)行研究，這是解決遺傳學(xué)問(wèn)題的根本思想。

從以上案例不難看出，正確地識(shí)別、建構(gòu)和還原生物模型的過(guò)程是解決生物問(wèn)題的關(guān)鍵。教師要充分發(fā)揮主導(dǎo)作用，不斷地引導(dǎo)和強(qiáng)化訓(xùn)練，有意識(shí)地培養(yǎng)學(xué)生拋開(kāi)事物次要的非本質(zhì)部分，將主要因素、相互關(guān)系、過(guò)程、狀態(tài)等以直觀的形式呈現(xiàn)，降低了認(rèn)識(shí)客觀事物的難度，從感性思維上升到理性思維，不斷提高模型構(gòu)建思維能力，達(dá)到提高學(xué)生的真正能力。

參考文獻(xiàn)：

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