建構模型 提升學生能力
——以“細胞器之間的協調配合”為例

新疆

人教版高中生物必修1《分子與細胞》教材第54頁對模型進行了闡述和分類，而“細胞器之間的協調配合”是利用模型方法教學的好素材，也是踐行著名教育家陶行知先生提出的“學中做，做中學”理念的好素材。在學生元認知的基礎上，筆者采用啟發式策略，將“學中做，做中學”理念落實到學生建構概念模型、數學模型、物理模型的活動中，從而達到既提升學生的邏輯思維能力和圖文轉換能力，又對學生進行了模型建構方法的滲透；既幫助學生深度理解相關知識和掌握科學的學習方法，又達到了為以后的模型學習做鋪墊的目的，可謂“一舉多得”。在具體教學中，筆者通過問題引導、模型建構、應用體驗三個環節來完成每一模型的教學，并在教學中取得了良好的效果。

1.建構概念模型 提升學生的抽象思維能力

概念模型能將相應的具體內容極大的抽象化、簡單化，有效地將相關概念之間的內在聯系簡單地表達出來，有利于學生對概念的理解和知識網絡的建構，有利于學生抽象思維能力的提升。通過問題引導，讓學生建構分泌蛋白的合成及運輸的概念模型，使學生在“做”中實現知識的內化，理解細胞器在結構和功能上的聯系，樹立結構決定功能的觀念。

展示人教版教材必修1第48頁中的“資料分析”，并通過以下問題引導：（1）合成蛋白質的原料是什么？（2）與蛋白質合成、加工、運輸、分泌有關的細胞器有哪些？

建構概念模型：將原料、相關細胞器及結構、分泌蛋白之間的關系用相關的名詞表示出來（如圖1）。

圖1 分泌蛋白的合成及運輸概念模型圖

【應用體驗1】將用3H標記的谷氨酸注入胰腺細胞后，合成物質X并分泌到細胞外（如圖2），其中的結構①②及物質X分別是 （ ）

圖2

A.內質網、高爾基體、胰島素

B.內質網、線粒體、胰高血糖素

C.高爾基體、中心體、胰蛋白酶

D.高爾基體、線粒體、呼吸酶

【答案】A

2.建構數學模型 提升學生的邏輯思維能力

數學模型能極簡單地將各概念間的數量關系或變化關系直觀地表達出來，既直觀又簡單明了。在建構過程中，能有效地培養學生的邏輯思維能力。

利用上述資料繼續通過問題引導：（1）放射性最早應出現在什么細胞器上?（2）放射性強度在內質網上有什么樣的變化？（3）蛋白質在分泌過程中，哪幾個結構的膜面積發生了變化？

建構數學模型：（1）建立坐標系，繪出放射性強度隨時間的變化圖（如圖3）；（2）建立坐標系，繪出膜面積隨時間的變化圖（如圖4）。

圖3 放射性強度隨時間的變化圖

圖4 膜面積隨時間的變化圖

【應用體驗2】用35S標記一定量的氨基酸來培養某哺乳動物的乳腺細胞，測得與合成和分泌乳蛋白相關的一些細胞器上放射性強度的變化曲線如圖5甲所示，在此過程中有關的生物膜面積的變化曲線如圖5乙所示。下列敘述不正確的是 （ ）

圖5

A.圖甲中a曲線所指的細胞結構是內質網

B.圖甲中c曲線所指的細胞結構是高爾基體

C.圖乙中f曲線表示的細胞結構是高爾基體

D.圖乙中d曲線表示的細胞結構是內質網

【答案】A

3.建構物理模型 提升學生的圖文轉化能力

物理模型能將抽象內容具體化、直觀化，易于將文字轉化為具體的圖或實物，有利于學生的理解。在建構過程中，有利于學生將微觀的變化用圖形的形式直觀地表達出來，能更好地反映出學生的掌握和理解情況。

繼續引導學生獨立繪出合成蛋白運輸到細胞外的過程示意圖，并思考分泌蛋白從合成到分泌到細胞外，穿了幾層膜？（0層）

建構物理模型：繪出合成蛋白運輸到細胞外的過程示意簡圖（如圖6）。

圖6 合成蛋白運輸到細胞外的過程示意圖

【應用體驗3】如圖7表示胰腺細胞合成與分泌酶原顆粒的大體過程，請據圖回答有關問題：

圖7

（1）如果圖示細胞是一個胰腺細胞，則酶原顆粒的合成場所是[ ]______________，該場所的合成與細胞核中的______________有關；對酶原顆粒進行加工和包裝的場所是[ ]______________。圖中高爾基體周圍的囊泡來自______________（填細胞器名稱）。高爾基體周圍的囊泡中的蛋白質______________（填“一定”或“不一定”）有相應的功能。細胞中的囊泡______________（填“是”或“不是”）僅來自細胞器，理由是_________________________________________________________ 。

（2）如果圖示細胞是一個汗腺細胞，則細胞中與胰腺細胞相比明顯減少的細胞器是[ ]__________ 和[ ]___________ 。

（3）如果圖示細胞是一個小腸絨毛上皮細胞，則圖示細胞中與小腸絨毛上皮細胞的功能不相符的結構是________。與其吸收葡萄糖和氨基酸有直接關系的細胞器是________________ 。

【答案】（1）2 核糖體 核仁 3 高爾基體 內質網和高爾基體 不一定 不是 細胞胞吞也會產生囊泡 （2） 2 核糖體 3 高爾基體（兩者可顛倒） （3）分泌小泡 核糖體和線粒體

4.教學反思

以教材為材料，不同視角為立意，多角度設問、建模、體驗，使學生對知識間的聯系不斷深入融匯，同時學生的思維在“螺旋式”上升中得到發展和提升。通過“問題”培養學生良好的閱讀習慣，提升學生獲取信息的能力；通過“建模”提升學生信息轉換、邏輯思維和建構模型的能力；通過“體驗”提升學生應用知識的能力。在三種模型的建構中，使學生從不同的角度反復閱讀教材資料、提取信息，加深對知識聯系的認識，也使學生掌握科學家的研究過程及方法。可見，只有教師把握好教材的系統性（即章與章、節與節、知識與知識間的內在聯系），多視角立意，多角度設問，創設“學——做——學”的情景，才能做到“用教材教”，才能將培養學生生物核心素養這一宏偉目標“細無聲”地落實到每一課堂，才能在實際教學中極大地培養學生的各項能力，使學生在課堂上取得最大的收獲。