例談建模法在高中生物課堂中的滲透

仇 微

(肥東第一中學 安徽合肥 230001)

近幾年來，模型建構的思想在高中生物教材以及資料中得到越來越廣泛的應用。人教版生物教材(必修一)就特別提到了“模型方法”，并指出：模型是人們為了某種特定目的而對認識對象所做的一種簡化的概括性的描述，包括物理模型、概念模型、生物模型等。而在生物學科核心素養中，“科學思維”素養要求學生“能夠運用歸納與概括、演繹與推理、模型與建模、批判性思維等方法探討生命現象及規律”。建模的重要性可見一斑。下面筆者就建模法在課堂中的應用談談自己的體會。

一、模型的類型與特點

1.概念模型

概念模型是把抽象概念之間的復雜聯系，用簡單直觀的圖式進行描述，一般借助幾何線形來連接，故其主要表象特征是“有線”，包括箭頭、分支線、直線等。如必修教材章末練習中的畫概念圖版塊，有不少老師稱之為思維導圖。

2.物理模型

人教版必修教材中明確指出：物理模型是以實物或圖畫形式直觀地表達認識對象的特征。可見，物理模型中要么有“實物”，如橡皮泥、紙板、鐵絲等廢舊材料，要么有“圖畫”，如人教版必修一第42頁圖3-2“細胞間信息交流的方式舉例”。

3.數學模型

用適當的數學形式來描述事物的性質即為建立數學模型。如：表格、曲線圖、公式等。

二、三種模型在課堂中的滲透舉例

1.物理模型在課堂中的建構

以《細胞中的核酸》一節為例。本節知識看起來不難掌握，但對初學生物的同學尤其是還沒有學過有機化學的同學來說，卻總感覺很凌亂，甚至到了高三第一輪復習時還分不清DNA、RNA的特點和區別。筆者在本課中以科學史為主線，將建模思想融入課堂，收到了不錯的效果。

筆者先展示幾段資料。

資料一：1868年，科學家分離出一種富含N、P元素的化合物，因為其來源于細胞核，所以稱之為核素(nuclein)。后來改名核酸。

資料二：核酸的相對分子質量一般是幾十萬至幾百萬。

資料三：科學家嘗試將核酸水解，提取到糖、磷酸、含氮堿基三種物質。隨后又發現，這其中的糖比六碳糖少了一個碳原子。

三段資料給出后，請學生分析回答核酸可能是如何形成的。學生聯系蛋白質的知識，基本能回答出核酸由一個一個更小的單位構成，而這個更小的單位含三種物質：磷酸、含氮堿基、五碳糖。隨后筆者給出圓圈表示磷酸、方框表示堿基、五邊形表示五碳糖，展示科學家的研究成果——核苷酸的構成。繼續展示資料四：科學家最初把核酸里的糖稱為核糖。之后不久他又發現有些核糖里少一個氧原子，為表示區別，于是就把它們叫脫氧核糖。然后繼續請同學們思考：有幾種核苷酸？區別在哪里？并嘗試畫出來。再次展示資料五：人們隨后研究發現了5種堿基，但是胸腺嘧啶(T)只能與脫氧核糖連接，尿嘧啶(U)則只能與核糖核苷酸連接，而腺嘌呤(A)、鳥嘌呤(G)、胞嘧啶(C)與兩種五碳糖均能連接，請嘗試寫出DNA和RNA的類型。學生不難建立相關模型。(如圖一)

圖一 兩類核苷酸模型

2.數學模型在課堂中的滲透

以《物質跨膜運輸的方式》為例。本節中，影響物質跨膜運輸的因素是教學的難點。筆者先請同學分析影響自由擴散的因素，學生很容易回答出是“濃度差”，并能迅速建立如圖二數學模型。隨后再請同學們分析如果是協助擴散，隨被運輸的物質濃度的增加，運輸速率能一直增加嗎？如果不能，影響因素是什么？如何體現在圖中？學生經過思索后，較容易畫出如圖三的模型。緊接著，筆者繼續設疑：圖三能否用來表示主動運輸呢？如果可以，則限制因素是什么？

學生以小組的形式討論，最后得出該圖是可以表示主動運輸的，但是限制因素有兩個：載體和能量。

3.概念模型在課堂中的滲透

畫概念圖是建立概念模型的非常好的形式。在一個知識點結束后，筆者經常會請同學們畫出知識間的聯系。而這種做法，在高三總復習時非常有效。學生經常畫概念圖，就不會總覺得生物知識太零散，容易遺忘了。

三、建模的反思

建模法在課堂中的滲透可以使得課堂更具有邏輯性，更加吸引學生的注意力，也使得課堂有了更多的探究性；同時，對學生來說，建模需要學生不停地思考，堅持下來則有助于學生養成思考的好習慣。建模法在許多課堂中均可應用，有的課堂可能更適合建構物理模型，有的可能數學思維更突出，也有的適合用概念模型建構知識框架。總之，當老師在備課中不斷思索和嘗試時，總能找到更合適的建模方法。