模型建構在生物教學中的應用實例

摘要 結合“孟德爾遺傳規律的現代解釋”的教學設計實例，談談生物教學中如何構建模型、如何利用模型提高教學效果。

關鍵詞 模型構建 生物教學 遺傳規律現代解釋

中圖分類號G633.91

文獻標識碼 B

模型是人們為了某種特定目的而對認知對象所做的一種簡化的描述。通過建構模型，可排除、舍棄事物的非本質因素，突出事物的本質特征，使生命現象或過程得到純化和簡化，讓學生更容易掌握知識之間的本質聯系和內在規律。我國的《普通高中生物課程標準》中也指出：“要讓學生領悟建立模型的科學方法及其在科學研究中的作用。”因此，模型建構是學生必須掌握的科學方法之一。

高中生物教學中利用的模型主要有概念模型、物理模型、數學模型。概念模型是指以文字表述來抽象概括出事物本質特征的模型，一般用梳理知識結構，如構建知識結構圖。物理模型是指以實物或圖畫形式直觀地表達認識對象特征的模型，其最顯著的特點是形象直觀。物理模型既包括靜態的結構模型，如細胞的結構模型，又包括動態的過程模型，如細胞增殖過程中染色體形態變化的模型。數學模型是指用來描述一個系統或它的性質的數學形式，如構建種群數量的增長模型。

在生物學教學中，如果能在教師的引導下，讓學生在一定的情境中通過自己思考或動手，建構相關模型來學習生物學知識，將會提高學習效果和學習效率。下面筆者以“孟德爾遺傳定律的現代解釋”的教學為例，談談在生物教學中對模型構建的應用。

1 教材分析

此部分內容安排在《遺傳與進化》模塊的第二章第2節“基因位于染色體上”的后面，即學完“孟德爾的雜交實驗”和“減數分裂與受精作用”，并認同基因位于染色體上之后。其實“孟德爾的遺傳規律的現代解釋”就是對以上知識內容的相互聯系、綜合、總結，使學生能在細胞水平上理解孟德爾的遺傳規律，并深化和鞏固減數分裂的過程。這是一個對已有知識進行融會貫通的過程。雖然，教材上沒有對這部分內容作很多的講解，只是用文字描述了一下，但這部分內容的學習效果將決定著前面內容的總體學習效果。

2 教學目標

在“孟德爾的雜交實驗”和“減數分裂與受精作用”的知識背景下，借助基因與染色體的關系，運用模型構建的方法，模擬減數分裂過程中基因、染色體的行為變化，闡明孟德爾遺傳規律的實質。

3 學情分析

學生已經學習基因分離定律、基因自由組合定律和減數分裂過程中染色體的數目、行為變化等知識，為本節課的學習打下基礎，但理解不夠透徹，知識零散沒有聯系，需進一步將知識進行整合。同時，高中學生具備了一定的認知能力，思維的目的性、連續性和邏輯性也已初步建立，但還不夠完善，在模型構建的目的性和方向性上需要教師指導。

4 教具準備

用兩種不同顏色的剪紙剪出兩對同源染色體，兩對進行大小區分，每對一紅一白表示一條來自父方.一條來自母方。在兩對同源染色體E標記出兩對等位基因，準備8個磁鐵石，作為染色體的著絲點。

5 教學過程

教師導入：既然基因位于染色體上，那我們再來回顧下減數分裂的過程，把基因加到染色體上去，看看基因是如何分離和自由組合的？

5.1 學習基因的分離定律（一對等位基因）

假設一個細胞只有一對同源染色體，上面只有一對等位基因Aa，請一位學生到講臺前演示減數分裂過程（圖1），其他學生和教師一起回顧減數分裂過程各時期的特點，為演示的學生做引導：間期（染色體復制）→減I前期→減I中期→減I后期（同源染色體分離，非同源染色體自由組合）→減Ⅱ前期（無同源染色體，有染色單體）→減Ⅱ中期→減Ⅱ后期（著絲點分裂）→減Ⅱ末期（無同源染色體，無染色單體）。每演示一步，將前一個步驟的印記用紅白粉筆畫下，最后在黑板上呈現出一個完成的減數分裂過程圖（圖2）。

設問：①Aa這對等位基因是在細胞分裂的什么時期分離的？

②Aa這對等位基因是由于什么原因分離的？

③減數分裂得到的4個配子，每個配子得到一對等位基因的幾個？有幾種類型？

④等位基因分離的實質是什么？（總結出分離定律的現代解釋）

設計說明：采用物理模型，用剪紙和磁石模擬染色體，將染色體形象具體化，利用剪紙的活動變化來模擬減數分裂中染色體的變化，給學生直觀的過程印象，更易理解和記憶。在演示染色體變化的同時，將每一步的印記留下，最后可以展示出完整的減數分裂過程，便于學生對整體過程的把握，同時，在讓學生回答問題時，黑板上完整過程的呈現可提供提示信息。由于高中生的邏輯思維能力還不夠完善，探究能力還在培養當中，所以讓每個學生獨立完成這個過程模型的建構，難度較大。因此，采取一個學生上臺演示，教師調動所有的學生一起參與，并適時給予提示和幫助的方式。

5.2 基因的自由組合定律（兩對等位基因）

在圖2的基礎上，如果再加一對同源染色體，這對同源染色體上有一對Bb的等位基因，那么在減數分裂的過程中，基因是如何分離和組合的呢？請一位學生上黑板演示（圖3），并在黑板上呈現出一個完成的減數分裂過程圖。其他每位學生畫在學案上（圖4）。 設問： ①Aa、Bb兩對等位基因是在什么分裂時期自由組合的？

②兩對等位基因是由于什么原因自由組合的？

⑧除了黑板上的組合方式，還有什么樣的組合方式？（請在學案上畫出來）

④基因自由組合的實質是什么？（總結出自由組合定律的現代解釋）

設計說明：此處同樣也是利用剪紙的活動來模擬減數分裂過程，不同的是，由于有前一次的基礎，學生已經學習到這種構建模型的方法，可以讓每位學生獨立完成過程模型的構建，并且可以進一步把它轉化為圖畫模型，呈現在學案上。此時學生不僅利用了實物模擬的物理過程模型，還利用了圖畫過程模型，鞏固和深化了物理模型構建方法的學習，同時，又通過自己的構建模型，獲得了相關的科學知識。

6 教學反思

本節內容的教學利用了實物模擬、圖畫等物理過程模型的構建。物理模型最顯著的特點是形象直觀，讓那些學生看不見摸不著的知識變得形象、具體，讓學生從形象思維入手，降低了學習難度。本節課中學生通過實物演示的過程，很快理解了等位基因為什么分離，非等位基因為什么能自由組合，什么樣的非等位基因才能自由組合，并能自己初步總結出基因的分離和自由組合定律的實質，不再像以前那樣似懂非懂的死記硬背，提高了學習興趣。

模型的建立過程實際上是一個科學探究的過程，在構建模型時，學生在親歷思考和探究中完成知識體系的構建，領悟到科學探究的方法。因此，利用模型進行探究性學習，能夠讓學生置身于探索科學現象、發現科學規律的活動中，培養了學生的科學探究能力。模型構建的教學方式提高了學生在教學中的參與度，充分發揮了學生的主觀能動性。在模型建構教學活動中，要以學生為主體，以建構模型為主線，讓學生去探索、交流和學習，所有的學生都積極參與其中。就像本節課，第一次構建過程模型時，雖然只有一個學生在演示，但其他學生都為他出謀劃策，表達自己的構建思路，其實也是每個人都在構建。

通過建構模型還可以讓學生在自主探究又合作交流的環境中進行學習，在培養學生嚴謹的科學態度和科學精神、增強合作意識等方面都有重要意義。

因此，在教學中教師要善于運用模型構建的教學方法，會達到事半功倍的效果。