高中生物教學模型教學法的實際應用

萬進濤

摘 要：給模型依次添加真實構件—即實際存在的限制因素—逐漸揭示這些因素所起到的作用，這就構成一條合理的邏輯線索，直到最終完成最接近自然狀態的模型的填充。

關鍵詞：高中生物；模型教學；建模過程

建模能力是高中生物教學所要求的能力目標，利用模型教學法對于培養學生思維作用非常顯著。模型教學中應細致呈現建模過程，引導學生理解建模步驟，有所感悟和啟發，獲得認知提升的愉悅和美感。

一、關于模型的理解

用模型表達生物學概念和原理，模型作為載體，是來自于具體的抽象，是從真實對象和復雜系統中挖掘核心，剝離了有關元素與構件呈現出的本質屬性和結構，具有一定的指導意義。模型具有解釋上的普遍適用性，并可以根據具體事件和環境添加特定要素，再去指導對有一定獨特性的事件或系統的考察研究。模型教學的基本教學目標正是使學生領悟這樣的過程，讓他們參與從實際到抽象，又再次從抽象到實際應用的過程，逐漸積累學習經歷，形成基本的建模能力。

模型只是在理論上具有存在性，有假設性，但它必須具備合理的生物學內涵。既然它是合理的，就可以賦予其特定的生物學表現或者功能，真實系統中的要素不一定全部出現。

模型是抽象的，又是合理的，這樣的模型當然不能完全解釋真實的存在實體，但在邏輯上去掉諸多真實因素，就逐漸剝離出簡化結構，也就是模型。因為沒有實際的限制要素，我們可以賦予其運動變化，因此這個模型從其自我運動而言就是自由沒有限制的，這正是理論意義的模型。

應該讓學生明白：一定程度上，模型和真實系統是脫離的，也就是模型在實際上是不存在的。

二、模型教學的邏輯線索

給模型依次添加真實構件—實際存在的限制因素—逐漸揭示這些因素所起到的作用，這就構成一條合理的邏輯線索，直到最終完成最接近自然狀態的模型的填充。

教師在教學中應該著力呈現這樣一個不斷整合的認知歷程，帶領學生從復雜現象中走出，再返回去，從事實到理論，從抽象到真實。

不能要求學生立刻具有簡化抽象的能力，應先教給學生簡練模型，讓學生迅速從紛繁事實里擺脫，跳出干擾。這種突然呈現出來的本質是能帶來一定震撼的，引發“原來世界如此簡單”的感嘆，而隨后一步一步加載填充，相關元素依次出現，模型變得充實，這過程好比從骨架搭建到肌肉和皮膚包埋，不啻是一件作品形成的流程，節奏分明，教學和認知相得益彰。

三、模型教學應用實例

1.自然選擇在生物進化中的作用

先抽象出種群，抽象出種群的本質屬性，即基因庫，并以基因頻率描述本質屬性。然后剝離自然種群要素，如變異、遷移、自然選擇等等。引導學生得出結論：該種群整體性狀不變，從基因組成而言也是一成不變，即理想種群，理想種群不進化。進而再從基因頻率的角度引導學生總結：各種基因型配子的比例不變，該種群從子一代開始A和a的基因頻率不變，AA、Aa和aa的基因型頻率也保持不變，在分子水平該種群不變化，即不進化。

教師引導學生先添加自然選擇的要素，從食物和空間的限制，到交配隨機性喪失，不同個體繁殖機會不同，不同基因遺傳機會不同，再到敵害等出現，理想種群面臨一個又一個壓力，逐漸接近自然種群，這樣，學生對于自然選擇導致的存活和繁殖機會的差異性理解便逐漸由抽象變得感性。

而如何再深入基因頻率的定向變化呢？

這又需要一次建模，先引入變異，但在不存在自然選擇的理想狀態下，各種不定向的變異全部保留延續，這也會引起基因頻率的改變，但是不確定的。當遷入、遷出、疾病、食物、空間等等自然選擇的所有要素進入，自然選擇直接作用于個體，把所有的選擇壓力看成一個限制元素，這個元素可引起個體間死亡或存活機會的差異，此結果再加以量化，即不同表現型按一定比例增減：AA和Aa每年增加10%，aa每年減少10%。計算種群每年的基因型頻率，再推算基因頻率，得出選擇壓力導致種群基因頻率發生了定向改變的結論。

模型構建過程如下：

具體教學中模型結構過程呈現如下：

理想種群：基因型頻率為AA Aa aa

基因頻率為A：p a：q

基因頻率之和p+q=1

隨機交配

結論：基因頻率不變，遵循遺傳平衡，（p+q）2=p2+2pq+q2=AA+Aa+a=1

填充模型：AA：10% Aa：20% aa：70% A：20% a：80%

填充選擇壓力，并模型化：AA和Aa每年增加10%，aa每年減少10%

再模型化推演：假設種群數量為100，則AA為10個，Aa為20個，aa為70個。從第二年開始以后的變化模型應該是

結論：A的基因頻率增大，a的基因頻率減小。

2.種群數量增長模型的教學

首先，剝離后的模型從數學表達式和曲線圖兩方面可以建立如下形式：

數學表達式 理想種群數量增長的數學模型表為：Nt=N0λt

坐標曲線：理想狀態呈“J”型增長。

這個剝離后的模型可以較為充分表現種群的繁殖增長趨勢，數學曲線直觀顯示出種群內在的繁殖張力，學生眼見即能理解其持續的膨脹式增長。

模型剝離、填充和整合。

逐項填充食物、空間、天敵等環境條件，這些環境阻力也可以加以總和，模型化為環境阻力，以逐漸遠離的虛線表現阻力的作用，仍以模型方式顯示其對種群數量發展的實際影響，直到曲線由“J”型變為“S”型，曲線之間的差距范圍正好直觀體現環境阻力下淘汰的個體數量的相對多少。整個教學正是把一個個抽象的小模型整合為一個大的、綜合模型的過程，以數學的語言闡述，直接又不失體現模型本身的理論高度。

模型精簡與整合的教學流程有著顯而易見的教學效果，能很好地促進學生理解動態體系的運行機制，提高思維和認知能力。

參考文獻：

陶忠華.生物學模型教學探析[J].生物學教學，2006（08）.

編輯 孫玲娟