模型題答題例析

吳慶華 （湖北省荊州市教育科學研究院 湖北荊州 434020）

模型題答題例析

吳慶華 （湖北省荊州市教育科學研究院 湖北荊州 434020）

“獲得生物學基本事實、概念、原理、規律和模型等方面的基礎知識”是《普通高中生物課程標準（實驗）》(下簡稱《課程標準》)“課程目標”中知識目標的第一項。因此，有關“模型”的基礎知識是高中生物教學的重點內容，在教學和評價中應予以重視。現以高三年級4月大型調考“理科綜合·生物”的1道模型題為例，簡析學生答題存在的主要問題。

1 試題舉例

圖1為草原生態系統能量流動的圖解。其中A、B、C分別表示流入各營養級生物的能量，D、E、F分別表示各營養級生物未被利用的能量，G、H、I分別表示草、兔子和狼呼吸作用消耗的能量，J、K、L分別表示流入分解者的能量。請據圖回答下列問題：

圖1 草原生態系統能量流動的圖解

（1）構成食物鏈最基本的概念圖可表示為____________（文字簡圖）。

（4）流入該生態系統的總能量中，流入到最高營養級能量最大值的數學模型可表示為_________（數學表達式）。

（2）（3）（5）略。

參考答案：（1） 生產者→消費者；（4） C=4%A。

2 試題的主要特點

（1）重點考查概念模型和數學模型的建構。生物模型包括概念模型、物理模型和數學模型三類。第（1）（4）小題，重點考查了概念模型和數學模型的表達式，對分析、歸納和概括能力的要求高。

（2）聯系重點知識考查模型建構的思維過程。本題考查的知識點是《課程標準》“生物3·穩態與環境”中唯一的“應用層次”的具體內容標準——“分析生態系統中的物質循環和能量流動的基本規律及其應用”，突出了對重點知識的考查。

3 答題分析

3.1 成績分析

經分析，該題的難度值為0.24，學生在答題時感到很難。其中第（1）（4）小題，學生感到特別難。

3.2 學生答題存在的主要問題

3.2.1 對生物模型的概念比較陌生

許多學生對生物模型的概念和類別都比較陌生。他們在解答有關模型的問題時，往往感到無從下手。3.2.2 對模型建構的基本能力比較欠缺

學生對建構模型所需要的基礎知識比較欠缺。第（1）小題，很多學生不能寫出正確的、具體的食物鏈“草→兔子→狼”。如：① 有的學生在食物鏈中寫入“分解者”，不知道研究生態系統能量流動的食物鏈主要是捕食食物鏈，由生產者和消費者之間的捕食關系而構成；② 有的學生將食物鏈各環節連接的方式表示為“——”，而不是能量流動的方向“→”。同時，學生對基礎知識進行歸納概括的能力比較欠缺。如第（1）小題，很多學生將具體的食物鏈誤認為是食物鏈的概念模型，缺乏由具體食物鏈到食物鏈概念模型的歸納概括能力，即從“草→兔子→狼”到“生產者→初級消費者→次級消費者”再到“生產者→消費者”的歸納概括能力。

4 教學建議

4.1 學習課標，明確開展模型教學的要求和價值

在《課程標準》中，除“課程目標”對模型有明確的要求外，在“前言”有“領悟假說演繹、建立模型等科學方法及其在科學研究中的應用”“領悟系統分析、建立數學模型等科學方法及其在科學研究中的應用”的要求。在“內容標準”的“生物1：分子與細胞”，列出了“嘗試建立真核細胞的模型”的具體內容標準；在“生物2：遺傳與進化”，提出“學習有關概念、原理、規律和模型，應用有關知識分析和解決實踐中的問題”的要求，列出了“搜集DNA分子結構模型建立過程的資料，并進行討論和交流”和“制作DNA分子雙螺旋結構模型”的活動建議，提出了“制作DNA分子雙螺旋結構模型”的案例；在“生物3：穩態與環境”，列出了“嘗試建立數學模型解釋種群的數量變動”的具體內容標準。在“實施建議”，提出了“關于生物體的結構、實物或模型具有真實感和立體感，可以作為首選的課程資源；掛圖或投影片具有圖像清晰、有明確標注等優點，可以在觀察實物或模型后用來進一步觀察和識別”等建議。高中生物的模型建構活動，其主要價值是讓學生通過嘗試建立模型、體驗建立模型中的思維過程,領悟模型方法,并獲得或鞏固有關生物學概念。

4.2 研究教材，用好開展模型教學的載體

4.2.1 理解教材中模型的概念

教材是開展高中生物模型教學最重要的載體。現行人教版高中生物教材對模型、概念模型、物理模型和數學模型等都作出了明確的定義。如“模型是人們為了某種特定目的而對認識對象所作的一種簡化的概括性的描述，這種描述可以是定性的，也可以是定量的；有的借助于具體的實物或其他形象化的手段，有的則通過抽象的形式來表達”。“將一組相關概念用線條和文字連接成圖形，直觀而形象地表示出這些概念之間的關系”，這種模型是概念模型。“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。”“數學模型是用來描述一個系統或它的性質的數學形式”等。教師可通過實例，引導學生參與分析的思維過程，加深學生對模型概念的理解。

4.2.2 用活教材中以模型呈現的知識

教材中絕大多數的知識都以模型的形式呈現。如光合作用的原理、孟德爾的豌豆雜交實驗和達爾文自然選擇學說的要點等所涉及概念的內容，都是通過概念模型呈現。又如DNA分子的結構、DNA的復制、基因的表達、遺傳規律的比例、基因頻率、種群密度調查、種群“J”型增長、生態系統能量流動規律等的計算，都是通過建立數學模型解決；而細胞和各種組織器官的立體結構模型、DNA分子雙螺旋結構模型、生物膜鑲嵌模型、有絲分裂和減數分裂中染色體行為變化模型等，都是通過物理模型呈現。教材還專門設計有“模型建構”欄目，對物理模型（必修1P54、必修2 P23、P50 和必修 3P26）、概念模型（必修 3P26）和數學模型（必修3P65）等模型建構的一般方法進行指導。在課堂教學中，教師可結合這些模型，設計系列環環相扣的問題，以激發學生的興趣，啟迪學生的思維。通過從現象到本質等一系列復雜的思維過程，教師引導學生主動參與構建模型的探究過程，體現以理性思維為主線的模型教學的基本特征，讓教材中以模型呈現的知識“活”起來。

4.2.3 落實教材中以模型呈現的檢測題

人教版教材中每章結尾的自我檢測幾乎都設計有本章不同節相關內容間聯系的概念圖（概念模型）練習，章、節結尾的練習和自我檢測等欄目設計的蛋白質合成、遺傳概率和減數分裂配子類型計算等數學模型練習，以及必修1P69設計的課外制作物理模型練習等。在課堂教學中，教師可結合這些檢測題，引導學生梳理模型知識，反饋學生掌握模型的信息，在及時鞏固模型知識的基礎上，提升學生整體建構模型的綜合能力。

4.3 優化策略，培養學生模型建構的能力

4.3.1 重視模型建構的思維過程

教師要重視學生運用分析與概括、模型與建模和批判性思維等方法，引導學生主動參與模型建構的思維過程。如解答第（4）小題的思維過程為：①流入每個營養級的能量是多少？流入草、兔子和狼等三個營養級的能量是流入該營養級的同化量，依次是圖中的A、B和C。②每個營養級能量的去向是怎樣的？將題干中能量流動的圖解轉化為圖2后可得，三個營養級能量的去向依次為：A=G+J+B+D、B=H+K+C+E和C=I+L+F。③每個營養級能量流動的傳遞效率怎樣計算？每個營養級能量流動傳遞效率的計算公式是：流入下一營養級的生物量÷流入該營養級的生物量×100%。根據題干要求“流入到最高營養級能量的最大值”，即能量傳遞效率取最高值20%，如B/A=20%，C/B=20%。則流入到最高營養級能量C的最大值與流入該生態系統能量A之間關系的數學模型為C=4%A。

圖2 轉化后的能量流動示意圖

4.3.2 加強模型教學的評價

評價在常規教學中具有導向作用。在課堂教學評價以及階段性和終結性教學評價中，教師要適當加大對模型教學效果的檢查力度。通過評價高中生物模型教學的效果，進一步調動廣大師生開展模型教學的積極性，培養學生模型建構的能力，促進學生理性思維，進一步提升學生的生物學核心素養。

[1] 中華人民共和國教育部.普通高中生物課程標準(實驗)[S].北京：人民教育出版社，2015.

[2] 譚永平.高中生物學新課程中的模型、模型方法及模型建構[J].生物學教學，2009，34(1)：10.

[3] 朱正威，趙占良.普通高中課程標準實驗教科書·生物·必修1分子與細胞[M].北京：人民教育出版社，2015：14，54.

[4] 朱正威，趙占良.普通高中課程標準實驗教科書·生物·必修3穩態與環境[M].北京：人民教育出版社，2015：65.

文件編號：1003-7586(2017)10-0059-02