人教版高中生物教材中生物模型的分布和應用舉例

【內(nèi)容摘要】本文主要介紹了生物模型的概念、意義、分類及在高中生物必修教材中的分布。并通過教學中的一些實際案例說明模型在高中生物教學中的重要地位。

【關鍵詞】生物模型 課堂教學

《學會生存》一書中有一段精辟的論述：“教師的職責是越來越少的傳遞知識，而越來越多地激勵思考，除了他的正式職能外，他將越來越成為一位顧問，一位交換意見者，一位幫助發(fā)現(xiàn)矛盾點而不是拿出現(xiàn)成真理的人。”那么教師如何扮演好這一角色？新的課程改革給我們提供了很的大的舞臺。我們要會利用好這個舞臺。而模型建構就是一耙很好的利器，幫助我們完成好教師的職責

一、認識生物模型

（一）生物模型的概念

生物模型是指應用現(xiàn)代物理學、數(shù)學原理，對生物的細胞、器官和整體各層次的行為、參數(shù)及其關系等知識建立相關模型的過程。

生物模型屬于表象，表象是想象的基礎，具有直觀性、概括性的特征，能使學生的認知由感知向思維過度。由此可見模型建構在教學中的重要作用。

（二）生物模型的類型

1.物質(zhì)模型

物質(zhì)模型中包括天然模型和人工模型。天然模型是自然界中本身就存在的一些模式，如果蠅等。人工模型是人為制造的科學模型，如細胞模型等。

2.思想模型

思想模型包括具象模型和抽象模型。具象模型如細胞膜的跨膜運輸?shù)取３橄竽Ｐ腿缰行姆▌t等。

3.過程模型

如光合作用過程模型等

4.數(shù)學模型

數(shù)學模型是能夠表現(xiàn)和描述真實世界某些現(xiàn)象、特征和狀況的數(shù)學系統(tǒng)，數(shù)學模型能定量的描述生物物質(zhì)運動的過程。一個復雜的生物學問題借助數(shù)學模型能轉(zhuǎn)變成一個數(shù)學問題，通過數(shù)學模型的邏輯推理、求解和運算，就能夠獲得針對客觀事物的有關結(jié)論，達到對生命現(xiàn)象進行研究的目的。例如，種群數(shù)量變化等。

（三）生物建模的一般程序

認知心理學的雙編碼理論認為，人的認知結(jié)構存在兩個系統(tǒng)——言語系統(tǒng)和表象系統(tǒng)，二者存在幾個重要的聯(lián)系關系。生物建模能夠構建這些聯(lián)結(jié)。首先要尋找生物學中的變量之間的關系，再把物質(zhì)模型與過程模型建立一定的關系，通過推倒、計算等建立模型。生物模型建立完成，應可通過演繹推理能對生物學中的現(xiàn)象進行科學預測，

以至形成科學假說。

二、生物模型在必修教材中的分布

（一）物質(zhì)模型

1.必修1：細胞結(jié)構模型；細胞摸結(jié)構模型；細胞器結(jié)構模型；細胞核結(jié)構模型。

2.必修2：豌豆；果蠅；小鼠；DNA雙螺旋結(jié)構模型。

3.必修3：人體細胞與外界環(huán)境物質(zhì)交換模型；血糖調(diào)節(jié)模型；金絲雀虉草；生態(tài)瓶模型。

（二）思想模型

1.必修1：細胞膜的跨膜運輸模型。

2.必修2：生物進化理論；中心法則。

3.必修3：生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構與功能模型；人的增長對環(huán)境影響的模型。

（三）過程模型

1.必修1：有氧呼吸過程模型；光合作用過程模型；有絲分裂過程模型。

2.必修2：減數(shù)分裂過程模型。

3.必修3：能量流動過程模型；生物群落演替過程模型。

（四）數(shù)學模型

1.必修2：基因分離和自由組合定律；種群平衡的哈迪-溫伯格定理。

2.必修3：種群數(shù)量變化的“J”型與“S”型曲線。

三、應用舉例

（一）減數(shù)分裂過成模型

減數(shù)分裂內(nèi)容教抽象，教材安排了一個模型構建，我在結(jié)合實際教學時把這一模型構建做了改變。在講述完減數(shù)分裂過程后，引導他們進行模擬假設：假設學生之間手拉手站成一個圓圈，模擬初級精母細胞，該細胞有4條染色體，染色體及染色單體也由學生來扮演，但一定要表示出同源染色體及姐妹染色單體在整個分裂過程中的行為變化和數(shù)量變化特征。經(jīng)過一番熱烈的討論和策劃后，由生物課代表組織、導演了一個初級精母細胞進行減數(shù)分裂的全過程：

從全班選出48位同學，其中8位學生，4男4女（分別表示來自父方和母方的染色單體），模擬兩個四分體，其余40位學生手拉手圍成一個圓圈表示細胞膜。表示一個四分體的兩男兩女的體型和身高接近，分別縱向排列成兩列站在一起模擬聯(lián)會現(xiàn)象；接著橫向排成兩行相向站立模擬四分體；接著兩男和兩女分開模擬同源染色體分離；同時40人圍成的圓圈分成兩個20人圍成的圓圈，模擬減數(shù)第一次分裂的完成。接著，拉著手的同學分開模擬著絲點分裂。同時由20人圍成的圓圈再分成4個由10人圍成的圓圈，模擬減數(shù)第二次分裂的完成。

通過模擬實驗過程，學生切身體會到了減數(shù)分裂過程在染色體的行為變化規(guī)律，有利于他們歸納總結(jié)減數(shù)分裂的各個時期的主要特征，正確掌握減數(shù)分裂與有絲分裂的主要區(qū)別和聯(lián)系，并且還能寓教于樂。

（二）細胞結(jié)構模型的構建

細胞結(jié)構模型的構建屬于物質(zhì)模型的構建，是教材安排的第一個模型構建，也是學生剛接觸模型構建。對于模型構建的認識還較模糊。基于此，我在教學除介紹模型構建的程序、意義外，重點介紹了幾種構建方法，如用橡皮泥等引導學生先模仿在創(chuàng)作。在把全班分組的基礎上鼓勵學生發(fā)揮集體的智慧，充分挖掘身邊資源進行模型構建。在一周的準備期后學生們紛紛展示出了他們的佳作。其中一個影響最深的是一組學生把一個煮熟的雞蛋縱向一分為二，雞蛋殼模擬細胞膜，雞蛋黃模擬細胞核，雞蛋白模擬細胞質(zhì)。再在雞蛋白上點綴著用橡皮泥做的各種五顏六色的細胞器。整個模型不僅很好的表示出了細胞的結(jié)構，而且還惟妙惟肖。

四、應注意的一些問題

（一）模型構建不可省略

在教學中有些老師認為學生活動能力不行，再加上教學時間緊，教學任務重，感到模型構建只是一個輔助的教學活動，只要講到，學生理解了不做也行。這是一種錯誤的認識，事實上只要我們教師組織好了學生一定會給我們驚喜。如果學生能把模型構建好不僅極大的加深了對知識的理解，節(jié)省了我們的教學時間。還大大激發(fā)了他們的學習興趣，同時學生的動手能力、協(xié)作能力和創(chuàng)新能力都得到了極大的提高，我們何樂不為！

（二）不能等同于概念圖

新教材的編寫中概念圖的應用是另一大特色，在教學中由于對兩者認識不清，容易把模型構建當成一個概念圖來完成。尤其是過程模型和思想模型。在教學中要區(qū)分出概念圖是為了讓學生區(qū)分出幾個概念之間的邏輯聯(lián)系而通過箭頭、方框等把概念連接起來的一種教學手段。而生物模型所要表達的是生物學知識、規(guī)律等的一般模式。兩者有很大區(qū)別。

（三）注意模型構建過程的指導

模型構建對學生來說有一定的難度，尤其是過程模型、思想模型和數(shù)學模型。學生在構建過程中會遇到各種難題，這時需要教師及時指導，否則要么學生不能完成，要么敷衍了事，時間一長生物模型構建也就失去了意義。學生也不會提起興趣。實踐證明如果能把學生很好的分組，讓學生互助，是一個很好的方法。

【參考文獻】

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[2] 鄭小毛. 建模思想在中學生物教學中的應用[J]. 中學生物教學，2008 （3）：15-16.

（作者單位：安徽省阜陽市城郊中學）