模型構建在生物教學中的運用

摘要：高中生物新課程標準指出：“提高每個高中學生的生物科學素養是本課程標準實施中的核心任務。”中學生物學知識點瑣碎，記憶的知識點也比較多，我們應當把模型方法應用于課堂教學之中，增強知識點之間的聯系，以提高學生的自主學習和科學探究能力。

關鍵詞：模型構建；生物學教學；教學運用

中圖分類號：G632.0 文獻標志碼：B 文章編號：1674-9324（2012）06-0161-03

許多生物教師在教學的過程中都有過這樣切身的體會：生物學的知識非常瑣碎，一節課往往要講許多新的名詞、概念，很多內容比較抽象，到下次上課時學生往往對很多知識都模糊了；或者少數同學掌握了概念，但是不能靈活運用，做填空題的時候往往也是無從下手，不知道怎么填寫，所以一般很難得高分。筆者認為在生物學教學的過程中應該嘗試運用模型的方法加強瑣碎知識點之間的聯系、比較、歸納和總結。加強模型構建在生物學教學中的運用不僅符合生物學本身發展的要求，也符合學生自身發展發展的需要。生物學教學不僅要使學生獲得新的知識而且要提高學生的思維能力，從而形成良好的思維品質，造就一代具有探索新知識、新方法的創造性思維能力的新人。

一、用物理模型直觀表達抽象的生物學概念

以實物或圖畫形式直觀地表達認識對象的特征，這種模型就是物理模型。物理模型又可以分為靜態的結構模型和動態的過程模型。細胞立體結構圖，細胞膜結構的實物模型，沃森和克里克制作的著名的DNA雙螺旋結構模型等，它們形象而概括地反映了所有結構的共同特征，這便是結構模型。例如：細胞的立體結構模型中，我們就可以讓學生通過認識模型中各種細胞器的結構和名稱，以及在細胞中的分布，給學生非常直觀的感覺，也增強了對細胞結構的認識；DNA的雙螺旋結構的模型更是很直觀的體現出磷酸和脫氧核糖交替排列在外側，構成DNA的基本骨架，堿基對排列在內側的特點。物理模型還有另外一種形式就是動態的過程模型，體現著具體的某一個生理過程。例如教材中學生動手構建的減數分裂中染色體變化的模型、血糖調節的模型，我們以赫爾希和蔡斯的噬菌體侵染大腸桿菌的實驗為例，見圖1。

不管是用放射性同位素標記噬菌體的蛋白質外殼，還是標記DNA；研究子代噬菌體的放射性的情況，你只要牢牢掌握T2噬菌體侵染大腸桿菌是將其DNA注入大腸桿菌的，噬菌體是一種寄生在細菌體內的病毒，合成子代噬菌體所需要的一切原料，酶等條件都來自宿主細胞——細菌，就可以靈活自如的解決這一類題目了。

二、用數學模型總結概括生物學規律

數學模型就是對于一個特定的事物為了一個特定目標，根據特有的內在規律，做出一些必要的簡化假設，運用適當的數學工具，得到的一個數學結構。數學模型的第一種表達方式是建立數學表達式，遺傳學之父——孟德爾從事豌豆雜交試驗8年，進行了200多次雜交試驗，觀察植株27225株，詳細記錄了不同性狀在各代中出現的數據。他對大量的實驗結果進行數理統計，發現在一對相對性狀的雜交實驗中，子二代不同性狀的數據雖然有差異，但顯性與隱性之比都接近3∶1的比例關系；兩對相對性狀的雜交實驗中，子二代存在（3∶1）2的展開式即（9∶3∶3∶1）的比例關系；我們不難退出，三對相對性狀的雜交試驗中，子三代便存在（3∶1）3的展開式即（27∶9∶9∶9∶3∶3∶3∶1）的比例關系。不管是幾對相對性狀，都可以用一對相對性狀（3∶1）的比例，采用概率中的相乘法則計算，推算出后代表現型的比例。

曲線圖是數學模型的另外一種表達方式，例如人教版教材研究種群“J”型曲線增長的數學模型中，模型假設：理想條件下（食物充足、空間充裕、氣候適宜、沒有敵害等），如果種群的起始數量為N0，并且第二年的數量是第一年的λ倍，那么我們就可以建立函數模型推算若干年以后理想條件下的種群數量。函數模型：t年后種群數量Nt＝N0λt，并且可以時間為自變量，每年的種群數量為因變量，利用描點法可以得到如下曲線圖。

通過圖2很直觀的體現出理想狀態下種群數量的變化趨勢，利用曲線圖表達出的種群數量變化情況比利用數學表達式更直觀。此外，人教版教材中還有許多可以利用曲線圖來描述的內容，例如酶降低化學反應活化能的圖解，酶活性受溫度影響示意圖，酶活性受PH影響示意圖，葉綠素和類胡蘿卜素的吸收光譜變化曲線，影響光合作用的因素，影響呼吸作用的因素，染色體、DNA在細胞周期中的變化規律等都可以采用數學模型的辦法直觀的體現出其變化規律。

三、利用概念模型構建生物學知識體系

概念模型是對認識對象系統的一種簡化的定性描述，用于表示系統組成和相互關系。構建概念模型的一種形式就是建立某個具體知識點的概念圖，生物學的概念和專業術語比較多，以概念圖的形式來歸納整理相關知識，用圖文并茂、形象直觀的知識體系呈現，可以增強學生的理解能力和記憶能力。例如在“物質跨膜運輸的方式”一節的教學中，新授課結束時我們可以花兩分鐘，與學生共同可以構建如圖3（見上頁）的概念圖，每一種跨膜運輸方式再讓學生舉出典型例子，這樣學生對該知識體系的把握便會更加牢固。

構建概念模型的另外一種形式就是構建某個章節綱要的知識體系，通常在專題復習課中使用。在復習過程中，可以引導學生學習建立某個專題的知識綱要，構建知識網絡。例如在生態系統知識點的復習中，我們可以組織建立如圖4（見上頁）形式的知識綱要。

通過此概念模型，讓學生很清晰地了解要從生態系統的組成、結構、功能、類型等方面全面掌握“生態系統”這一章節內容；而組成成分又包括生物成分（即生產者、消費者、分解者）和非生物成分（陽光、溫度、空氣、水等環境條件），整個知識條理十分清晰，此類教學方法在專題復習課中運用可以起到事半功倍的效果。

在高中生物學教材中的許多結構模式圖、結構示意圖、原理過程圖解等插圖都是教學中的科學模型，它所包含的生物學知識具有簡單化、直觀化的作用。新課程的背景下一定要注重學生思維品質的培養，而模型構建可以培養學生的理性思維。因此，在生物課堂教學中應突出生物學科的特色，課堂中多構建模型來解釋生物學規律，多運用模型方法來解釋生物學問題，這樣不僅能夠提高課堂教學效率，更加能夠提升學生的生物學素養和解決問題分析問題的能力。

參考文獻：

[1]趙善程.運用圖解構建生物學知識體系[J].生物學教學，2011，（2）：13-16.

[2]黃瑋.組織策略在生物學教學中的運用[J].生物學教學，2011，（1）：19-20.