例談高中生物模型建構的課堂教學實施

中圖分類號：G642.421

模型建構是根據相似性原理通過模擬的方法制成研究對象的模型，用模型來代替被研究對象，模擬研究對象的實際情況，來進行實驗研究。模型建構是生物學教學中一種能體現新課程改革理念的重要教學方法。而目前許多教師認為課本中的模型建構活動并不是非做不可，這是實際教學時模型建構活動開展不夠的根本原因。事實上，在課程標準中已經將模型建構提升為高中生物學課程的基本內容之一，模型建構的教學活動并不是可有可無的。

1 模型建構在提高學生能力方面發揮的作用

1.1通過模型建構，提高學生形象思維能力

形象思維在學生的生物學習過程中起著極為重要的作用。如果學生對物質的微觀結構、對特定條件下的生物現象和生理過程，在頭腦中沒有建立起正確的形象，就難以把文字敘述和現實過程有機地聯系起來，也就難以正確地進行分析、推理、判斷等邏輯思維活動。例如，如果學生頭腦中沒有建立起生物膜的流動鑲嵌模型，就難以理解生物膜流動鑲嵌模型的主要內容和分析生物膜的結構和功能特點。有一些學生學不好生物，其概念對他們來說既神秘又玄妙，難以入門，重要原因之一，就是他們的頭腦中沒有形成正確的生物形象。要提高學生的形象思維能力，必須加強直觀教學，以豐富學生的表象儲備。由實驗和觀察形成的表象最生動、最具體、最真實，實驗是形成生物表象的最有效途徑。由于生物學中很多研究對象直接用來實驗很困難或者不可能，因而模型建構成為生物學中一個重要的方法。因此，在中學生物教學中，要幫助學生輕松學習，教師應當通過引導學生進行模型建構，培養和提高學生形象思維能力。

1.2通過模型建構，培養學生的創新能力

在高中生物學教學中可以充分利用模型建構的機會來培養學生的創造能力，從而達到培養學生創新精神的目標。例如，必修l第4章“細胞的物質輸入和輸出”第2節“課外制作──利用廢舊物品制作生物膜模型”，雖然教材中所給出的模型建構都是經典和較成熟的理論，但仍可利用這些素材作為基礎，通過深化來培養學生的創新精神并豐富流動鑲嵌學說，例如：在制作膜的模型過程中，可就如下問題進行個性化的討論：①制作模型的選材還可以有哪些？②糖蛋白在膜的兩側都有分布嗎？③溫度的高低與膜的流動性有關嗎？有怎樣的關系呢？上述問題，有的可以找出答案，有的沒有定論，但這些問題卻可以使學生在制作生物膜模型時，加深對生物膜學說的理解，激發學生學習生物學的興趣。同時，制作的過程，也是學生根據自己所獲取的知識進行創新思維的過程。

1.3通過模型建構，培養學生的建模思維和建模能力

例如必修2模塊中減數分裂過程染色體的行為和數目的變化是這節內容的難點，大多數教師在解決這個難點問題時更喜歡借助多媒體課件的演示來組織教學，其實我們可以通過建構模型，弄清減數分裂過程中染色體變化的本質特征，效果很理想。

在教學第1課時結束后，教師提出學習任務：請同學們觀察教科書中的圖片，結合老師課堂上所講解的減數分裂的過程。以兩對同源染色體為例，用合適的材料在課外進行建立減數分裂中染色體變化的模型。教師要不失時機地提出相關問題：① 染色體數目減半發生在什么時期？原因是什么？②減數第一次分裂結束時細胞中染色體有何特點？③減數第二次分裂過程染色體行為與有絲分裂異同點？④ 交叉互換對配子種類有何影響？⑤非同源染色體的自由組合對配子的種類又會產生怎么樣的影響？請同學們帶著相關的問題進行模型建構。

第2課時學生小組展示模型構建的成果，師生展開交流和研討，共同對學生的模型進行修改、分析和評價，師生逐步歸納出規范的模擬模型。在此過程中，師生先討論得出上節課問題的答案后，教師提出進一步的學習任務：請同學們根據模型，找出減數分裂過程中染色體和DNA數目變化的規律。并引導學生將上述數據轉換成曲線圖。

以上案例中模型構建活動強化了學生對減數分裂過程染色體變化規律的理解，再通過引導學生建立染色體和DNA數目規律性變化的數學模型，達到對減數分裂本質深層次認識的目的。這樣的教學活動不僅幫助學生很好地解決了學習上的難點問題，也很大程度上培養了學生的建模能力和建模思維，這對他們日后的學習有很大的幫助。

2 關于模型建構的課堂教學的幾點反思與建議

2.1在模型建構中思維提升是關鍵

在教學實踐中進行模型建構活動時，要避免一味地強調形成一個具體化的模型的傾向，而忽略了在建構活動中必要的思維過程。例如，在必修3課本中的“構建人體細胞與外界的物質交換模型”，如果老師在指導時把主要的精力放在模擬活動中演示文稿或flash動畫的制作上，通過形象化展示無法直接觀察到的過程，而忽略了形象基礎上的理論提升的話，那就成了本末倒置。事實上，這個模型建構活動，模擬過程的關鍵是：一要體現內環境在人體細胞與外界環境進行物質交換的過程中所起的作用，二要體現該過程中各個器官系統的作用。如果在活動中缺少思維過程，往往使這個活動最終無法達成教學目標。

2.2教師可以創造性地豐富模型建構活動

模型建構不單單局限于課程標準要求的實驗，教師可以創造機會讓學生進行更多的模型建構。例如：蛋白質結構多樣性的原因分析，可用小磁球代表氨基酸通過不同顏色小球的排列順序的千變萬化，以及多種多樣的扭曲形式讓學生直觀地認識到蛋白質結構的多樣性，還有在學習生物膜的流動鑲嵌模型關于磷脂的排列問題時，可簡單地用卡紙做成磷脂分子的結構模型，讓學生自己來排列并說出其原因。諸如此類的模型建構活動的開展，不僅可以活躍課堂的學習氣氛，提高學生的習興趣，也能在教學過程中重難點問題的解決上起到意想不到的效果。

2.3關注模型間的相互轉化

例如（2007年，全國卷I）下圖表示用3H—亮氨酸標記細胞內的分泌蛋白，追蹤不同時間具有放射性的分泌蛋白顆粒在細胞內分布情況和運輸過程。其中正確的是 （ ）

顯然，該題是將課本上的相關知識（見必修1第48頁）轉換成了數學模型，考察學生的模型轉換能力。類似地，利用模型間的轉換來考察學生能力的題目，越來越頻繁地出現在高考試題中。培養學生進行同一模型不同表達形式或不同模型間的轉換，無疑是我們在教學中必須考慮的。在教學中，如果能夠較好地結合課本上各種模型的講解，有目的的進行模型構建、分析和轉換專題訓練，學生完全可以掌握通過模型構建解決實際問題的科學探究方法。

總之，生物模型建構在高中生物教學中有非常實用的價值。教師在課堂教學中應該對模型建構的教學予以充分的重視。