模型構(gòu)建在高中生物教學(xué)中的運(yùn)用

摘要:在高中生物學(xué)教學(xué)時(shí)，充分利用模擬實(shí)驗(yàn)和構(gòu)建模型的內(nèi)容，可以培養(yǎng)學(xué)生的建構(gòu)思維和建構(gòu)能力，有利于學(xué)生形成系統(tǒng)的科學(xué)認(rèn)知觀，強(qiáng)化與其他學(xué)科的內(nèi)在聯(lián)系。這可以幫助學(xué)生理解他們無法直接觀察到的事物，理解結(jié)構(gòu)與其功能的關(guān)系，由結(jié)構(gòu)聯(lián)系功能，從現(xiàn)象上升到本質(zhì)。

關(guān)鍵詞:模型構(gòu)建;高中;生物教學(xué)

《普通高中生物課程標(biāo)準(zhǔn)(實(shí)驗(yàn))》明確指出:了解建立模型等科學(xué)方法及其在科學(xué)研究中的應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生的建模思維和建模能力。在當(dāng)前，教師要領(lǐng)悟、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，培養(yǎng)學(xué)生的建模思維和建模能力，獲得生物學(xué)的基本事實(shí)、概念、原理、規(guī)律、模型等方面的基礎(chǔ)知識。由此可見，建模思維、建模能力在《普通高中生物課程標(biāo)準(zhǔn)(實(shí)驗(yàn))》中被提到較高的高度，被認(rèn)為是將來學(xué)生從事科學(xué)研究的必備能力。建模思維，是學(xué)生所認(rèn)識到的關(guān)于建立模型及進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)必需的理論、概念、原則、方法等方面的知識。而建模能力是在建模思想的指導(dǎo)下，綜合建立模型，進(jìn)行知識或技術(shù)創(chuàng)新所必需的知識、理論、技能，最終達(dá)到建立模型，完成創(chuàng)新過程的能力。在進(jìn)行高中生物學(xué)教學(xué)時(shí)，應(yīng)充分利用模擬實(shí)驗(yàn)和構(gòu)建模型的內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生的建構(gòu)思維和建構(gòu)能力。

模型方法的精髓乃是體現(xiàn)在探索與發(fā)現(xiàn)之中，不親身經(jīng)歷這些探索，很難發(fā)現(xiàn)其中的要素與關(guān)鍵之所在。要讓學(xué)生置身于探索生物學(xué)現(xiàn)象、發(fā)現(xiàn)生命規(guī)律的活動(dòng)中，在建立模型的過程中學(xué)會(huì)觀察和統(tǒng)計(jì)的方法、實(shí)驗(yàn)的方法、歸納與演繹的方法、假設(shè)的方法、近似的方法等。這樣，學(xué)生就會(huì)主動(dòng)地去思考、探索，順著科學(xué)的思路和方法去感知、去思索，在不知不覺中就領(lǐng)略到生物學(xué)知識的真諦。新課程標(biāo)準(zhǔn)教材(必修)上有關(guān)模型建構(gòu)的內(nèi)容，分別出現(xiàn)于思考與討論、技能訓(xùn)練、模型建構(gòu)、課外制作等幾個(gè)欄目中。①《分子與細(xì)胞》模塊:第四章第2節(jié)，利用廢舊物品制作生物膜模型-課外制作;第三章第3節(jié)，嘗試制作真核細(xì)胞的三維結(jié)構(gòu)模型-模型建構(gòu)。②《遺傳與變異》模塊:第二章第1節(jié)，建立減數(shù)分裂過程中染色體的變化的模型-模型建構(gòu);第三章第2節(jié)，制作DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型-模型建構(gòu)。③《穩(wěn)態(tài)與環(huán)境》模塊:第一章第1節(jié)，構(gòu)建人體細(xì)胞與外界環(huán)境的物質(zhì)交換模型-技能訓(xùn)練;第二章第2節(jié)，建立血糖調(diào)節(jié)的模型-模型建構(gòu);第四章第2節(jié)，構(gòu)建種群增長模型的方法-數(shù)學(xué)模型-科學(xué)方法。從內(nèi)容篇幅來看，教材中與模型及模型方法直接有關(guān)的內(nèi)容不是很多。但是，作為現(xiàn)代生命科學(xué)研究不可缺少的重要手段，模型和模型方法很早就已經(jīng)滲透到生命科學(xué)研究的各個(gè)環(huán)節(jié)。例如，《穩(wěn)態(tài)與環(huán)境》模塊中第五章第4節(jié)安排的制作活動(dòng):“設(shè)計(jì)并制作生態(tài)缸，觀察其穩(wěn)定性”，盡管其中沒有直接提及模型或模型方法，但這一活動(dòng)其實(shí)質(zhì)就是一個(gè)建構(gòu)模型的探究活動(dòng)。再例如，《穩(wěn)態(tài)與環(huán)境》模塊第五章第1節(jié)要求“參照下圖所示一般系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模式圖，嘗試畫出生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模型”的內(nèi)容，雖然在教材中也沒有明確說明是模型建構(gòu)，但其實(shí)質(zhì)也是幫助學(xué)生學(xué)會(huì)運(yùn)用模型和模型方法分析并解決具體問題的一次探究活動(dòng)。

在生物科學(xué)學(xué)習(xí)中，模型提供觀念和印象，是非常吸引學(xué)生的生動(dòng)的感性材料，是學(xué)生知識結(jié)構(gòu)的重要組成部分。要有效進(jìn)行一個(gè)模型建構(gòu)，教師應(yīng)該只是提供一定的指導(dǎo)，由學(xué)生自己動(dòng)手動(dòng)腦進(jìn)行模型建構(gòu)。以下通過《遺傳與變異》模塊中第三章第二節(jié)的“DNA分子的結(jié)構(gòu)”一節(jié)的教學(xué)，嘗試在教師引導(dǎo)下，學(xué)生通過自己動(dòng)手，構(gòu)建DNA結(jié)構(gòu)的物理模型和數(shù)學(xué)模型，展示學(xué)生的作品進(jìn)行交流、互評，從而使學(xué)生有效地掌握相關(guān)的概念和規(guī)律。

(1)教材分析。DNA結(jié)構(gòu)在高中生物遺傳物質(zhì)這一節(jié)中是最基礎(chǔ)的內(nèi)容，對以后學(xué)習(xí)DNA的復(fù)制及遺傳規(guī)律有很大促學(xué)作用。DNA模型的制作，有利于提高學(xué)生的動(dòng)手能力，有利于學(xué)生由形象思維發(fā)展為抽象思維。

(2)學(xué)情分析。學(xué)生對學(xué)生物的心態(tài)是普遍認(rèn)為生物知識是死記硬背，通過此節(jié)內(nèi)容的學(xué)習(xí)，有助于學(xué)生改變對生物學(xué)知識的認(rèn)識。由于學(xué)生有較強(qiáng)的動(dòng)手能力，有較強(qiáng)的做實(shí)驗(yàn)的欲望，因此通過制作DNA模型，能使學(xué)生學(xué)得生動(dòng)活潑，激發(fā)起學(xué)習(xí)的動(dòng)機(jī)。

(3)設(shè)計(jì)理念。利用模擬模型的制作，調(diào)動(dòng)學(xué)生全身活動(dòng)、認(rèn)真觀察。把體驗(yàn)作為一條紅線，貫穿于整個(gè)教學(xué)過程的始終，在體驗(yàn)的過程中促進(jìn)學(xué)生思維發(fā)展。高效率的課堂應(yīng)是現(xiàn)代先進(jìn)思想和現(xiàn)代先進(jìn)教育技術(shù)完美結(jié)合。在這一節(jié)課中，用電腦多媒體輔助本節(jié)教學(xué)內(nèi)容，能擴(kuò)展本節(jié)教學(xué)內(nèi)容。

(4)教學(xué)過程。①引言。自從沃森和克里克發(fā)現(xiàn)DNA的結(jié)構(gòu)以來，標(biāo)志著人類對生命的研究深入到了分子的水平。DNA是高科技成就的象征，是科技研究最活躍的領(lǐng)域。因此，我們有必要牢固掌握DNA的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)。②回顧知識。A.DNA的化學(xué)組成:請大家思考:DNA的結(jié)構(gòu)是怎樣的?構(gòu)成它的基本單位呢?脫氧核糖核苷酸又是由哪些分子組成的?這三個(gè)分子是怎樣連接起來形成脫氧核糖核苷酸的呢?(出示DNA的結(jié)構(gòu)圖)在DNA的一條鏈中，脫氧核苷酸怎樣連接形成脫氧核糖核苷酸鏈的呢?核苷酸鏈又是怎樣形成DNA分子的呢?兩條脫氧核苷酸鏈按照什么規(guī)律，通過什么連接起來，從而形成DNA分子的呢?(動(dòng)畫演示)B.DNA的特點(diǎn):出示DNA結(jié)構(gòu)圖，引導(dǎo)學(xué)生思考這樣的DNA分子結(jié)構(gòu)有什么特點(diǎn)?③DNA模型的制作。師:介紹實(shí)驗(yàn)材料和用具。A.制作脫氧核苷酸鏈的模型。引導(dǎo)思考:表示磷酸、脫氧核糖和含N堿基分子的塑料片如何連接成脫氧核苷酸?每個(gè)小組的同學(xué)都操作一下。同學(xué)制作，點(diǎn)評。強(qiáng)調(diào)注意的事項(xiàng):分清各個(gè)碳原子的位置，拿模型時(shí)5號碳原子朝上，塑料片間不能重疊。B.制作脫氧核苷酸對或脫氧核苷酸鏈。思考:在一條鏈中，一個(gè)脫氧核苷酸分子和上個(gè)脫氧核苷酸分在什么部位相互連接?學(xué)生回答操作，教師指導(dǎo)修正。C.制作DNA分子平面結(jié)構(gòu)模型。怎樣連接兩條鏈?如何體現(xiàn)堿基間的配對?又如何體現(xiàn)兩條鏈?zhǔn)瞧叫蟹聪虻?D.制作立體結(jié)構(gòu)模型。用透明膠布把磷酸分子固定到鐵絲上，雙手提起方框，拉直雙鏈，旋轉(zhuǎn)一下，即可得到DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)模型。

(5)展示作品，教師總結(jié)。要求學(xué)生根據(jù)自己制作的作品，描述DNA的特點(diǎn)。學(xué)生對比各自制作的作品，進(jìn)行評價(jià)。

本節(jié)課把構(gòu)建DNA雙螺旋模型作為一條主線，貫穿于整個(gè)教學(xué)過程的始終，在模型構(gòu)建的過程中促進(jìn)學(xué)生的思維，從而達(dá)到“以思維為主攻”的境界。學(xué)生都有較強(qiáng)的做實(shí)驗(yàn)的欲望，通過構(gòu)建DNA模型，能使學(xué)生學(xué)得生動(dòng)活潑，激發(fā)起學(xué)習(xí)的動(dòng)機(jī)。在模型構(gòu)建的過程中，學(xué)生充分地展現(xiàn)了他們的創(chuàng)造力和想象力。在反復(fù)構(gòu)建模型、反復(fù)思考、反復(fù)改進(jìn)模型的過程中，學(xué)生對DNA的結(jié)構(gòu)有了感性認(rèn)識，最終由物理模型上升為抽象的數(shù)學(xué)模型?！皦A基配對”過程經(jīng)過學(xué)生手腦并用大大加強(qiáng)了印象，再通過電腦動(dòng)畫演示，最終使學(xué)生對該部分內(nèi)容中的相關(guān)概念(磷酸、脫氧核糖、含氮堿基、脫氧核苷酸、脫氧核苷酸鏈、堿基互補(bǔ)配對原則、雙螺旋結(jié)構(gòu)、遺傳信息的多樣性等)自然而然建立起相應(yīng)的聯(lián)系。此外，在DNA模型的構(gòu)建過程中，學(xué)生親身體會(huì)到了科學(xué)研究的艱辛和需要協(xié)作的精神，這對于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神起到了重要的作用。

(新疆農(nóng)十師北屯高級中學(xué))