高中生物建模教學(xué)的模型分類

蔡方平

【摘 要】高中生物人教版教材中明確了物理模型、數(shù)學(xué)模型、概念模型三種模型的分類。為了實現(xiàn)教學(xué)特定目的，筆者將高中生物教學(xué)模型分為單目的模型和多目的模型。同時，對單目的模型的物理模型、數(shù)學(xué)模型、概念模型進行再分類，一是按模型組分關(guān)系分類，二是按模型表現(xiàn)形式分類，兩種分類方法各有教學(xué)優(yōu)勢。

【關(guān)鍵詞】模型分類；高中生物建模教學(xué)

高中生物人教版教材中明確了物理模型、數(shù)學(xué)模型、概念模型三種模型的分類，為高中生物建模教學(xué)提供了方便，但這種分類不能滿足建模教學(xué)的深入研究。為了實現(xiàn)建模教學(xué)的特定目的，需對教材中出現(xiàn)的模型重新分類。筆者將高中生物教學(xué)中的模型分為單目的模型和多目的模型（即復(fù)合模型），根據(jù)模型組分關(guān)系和模型表現(xiàn)形式不同，對物理模型、數(shù)學(xué)模型、概念模型三種基本模型進行再分類（如圖1所示）。

一、根據(jù)目的多少對模型分類

模型在高中生物教學(xué)過程中，已經(jīng)遠遠超出了教材標(biāo)明的模型分類意義。教學(xué)活動是一種具有特定目的的師生互動，根據(jù)高中生物課堂教學(xué)的特定目的（以發(fā)展核心素養(yǎng)為宗旨和突出生命觀念形成等）需要解析模型、建構(gòu)模型和利用模型。教學(xué)中的模型，有的能體現(xiàn)出單一的教學(xué)目的，有的能體現(xiàn)出多個教學(xué)目的。因此，筆者根據(jù)模型體現(xiàn)教學(xué)目的的多少，將高中生物教學(xué)中的模型分為單目的模型和多目的模型。

單目的模型包括概念模型、物理模型、數(shù)學(xué)模型。在教學(xué)過程中，可稱單目的模型為基本模型，這對知識點的教學(xué)活動有特定的積極意義。概念模型的直接形式是概念圖，畫概念圖是指將一組相關(guān)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(guān)系。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。數(shù)學(xué)模型是用來描述一個系統(tǒng)或它的性質(zhì)的數(shù)學(xué)形式。

多目的模型是單目的模型特定意義的組合，在復(fù)習(xí)、練習(xí)以及有關(guān)問題解決時常常需要解析、建構(gòu)和利用這類模型，多目的模型可稱為復(fù)合模型。

二、根據(jù)模型組分關(guān)系的分類

為教學(xué)目的精細化、突出模型組分關(guān)系，筆者對單目的模型中的概念模型、物理模型、數(shù)學(xué)模型進行再分類。將概念模型分為概念內(nèi)涵類模型、概念層級類模型、概念關(guān)聯(lián)類模型（為教學(xué)方便可分別簡稱為內(nèi)涵模型、層級模型、關(guān)聯(lián)模型），將物理模型分為結(jié)構(gòu)類物理模型、功能類物理模型、過程類物理模型（為教學(xué)方便可分別簡稱為結(jié)構(gòu)模型、功能模型、過程模型），將數(shù)學(xué)模型分為數(shù)量變化類模型、數(shù)量比例類模型、數(shù)量比較類模型（為教學(xué)方便可分別簡稱為量變模型、比例模型、比較模型）。

內(nèi)涵模型，是對某一概念所包含內(nèi)容（即組成成分）建構(gòu)形成的概念模型；層級模型，是對某一概念下有層級關(guān)系的組分而建構(gòu)成的概念模型；關(guān)聯(lián)模型，是對兩個（或多個）概念因內(nèi)容重疊而建構(gòu)成的概念模型。結(jié)構(gòu)模型，是突出某一生命系統(tǒng)結(jié)構(gòu)層次中的某些結(jié)構(gòu)而建構(gòu)形成的物理模型；功能模型，是突出某一生命系統(tǒng)結(jié)構(gòu)層次中對某些（某種）生理功能的描述而建構(gòu)成的物理模型；過程模型，是突出生物的進化、調(diào)節(jié)以及實驗操作等概括性描述而建構(gòu)成的物理模型。量變模型，是對某一生命系統(tǒng)或它的性質(zhì)以數(shù)量變化的形式描述而建構(gòu)形成的數(shù)學(xué)模型；比例模型，是對某一生命系統(tǒng)或它的性質(zhì)以數(shù)量比例的形式描述而建構(gòu)形成的數(shù)學(xué)模型；比較模型，是對某一生命系統(tǒng)或它的性質(zhì)以數(shù)量比較的形式（如表格數(shù)據(jù)等）描述而建構(gòu)形成的數(shù)學(xué)模型。

三、根據(jù)模型表現(xiàn)形式的分類

教學(xué)是一種目的性很強的師生互動過程，在建模教學(xué)中，模型的直觀表現(xiàn)形式具有重要的認知意義。根據(jù)模型表現(xiàn)形式，筆者將高中生物建模教學(xué)中的模型進行另一種方式的分類，即根據(jù)模型的直觀表現(xiàn)形式，將概念模型、物理模型、數(shù)學(xué)模型進行再分類。概念模型分為樹形類概念模型、集合類概念模型、輻射類概念模型（為教學(xué)方便可分別簡稱為樹形模型、集合模型、輻射模型）；物理模型分為實物類物理模型、圖畫類物理模型、圖解類物理模型（為教學(xué)方便可分別簡稱為實物模型、圖畫模型、圖解模型），數(shù)學(xué)模型分為方程類數(shù)學(xué)模型、坐標(biāo)類數(shù)學(xué)模型、表解類數(shù)學(xué)模型（為教學(xué)方便可分別簡稱為方程模型、坐標(biāo)模型、表解模型）。

樹形模型，是指概念圖的表現(xiàn)形態(tài)類似樹形的概念模型；集合模型，是指概念與概念之間內(nèi)涵呈現(xiàn)集合圖像關(guān)系而建構(gòu)的概念模型；輻射模型，是指概念有關(guān)內(nèi)涵（即模型組分）排列出的形狀類似放射狀圖形的概念模型。實物模型，是指具體的生物整體、部分及其照片和特征性的物理模型；圖畫模型，是指以圖片、圖畫呈現(xiàn)生命系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能特征的物理模型；圖解模型，是指包含一幅或多幅圖畫及其文字、符號所構(gòu)成的圖解，展現(xiàn)結(jié)構(gòu)與功能，以及生理活動和實驗操作而建構(gòu)的模型。方程模型，是對某一生命系統(tǒng)或它的性質(zhì)以方程式、反應(yīng)式、表達式等形式描述數(shù)量關(guān)系而建構(gòu)形成的數(shù)學(xué)模型；坐標(biāo)模型，是指數(shù)量關(guān)系有明顯的自變量和因變量關(guān)系，并以曲線、折線或柱狀圖等形式呈現(xiàn)的數(shù)學(xué)模型；表解模型，是指以圖解、表格等形式呈現(xiàn)數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)關(guān)系的數(shù)學(xué)模型。

四、兩種分類方法的教學(xué)優(yōu)勢

（一）概念模型的兩分類優(yōu)勢

概念模型按組分關(guān)系分為內(nèi)涵模型、層級模型、關(guān)聯(lián)模型，按表現(xiàn)形式分樹形模型、集合模型、輻射模型。前一種分類方法突出了母概念與子概念的內(nèi)在邏輯關(guān)系，有利于梳理概念內(nèi)涵和概念間的邏輯關(guān)系，以邏輯思維為重。后一種分類方法突出了母概念與子概念直觀呈現(xiàn)關(guān)系，有利于直觀感知概念的要素組成和存在關(guān)系，以直觀形式為重。兩種分類方法中的模型，都突出了每一個概念模型就是一個目的性強、而又相對完整的體系，概念的系統(tǒng)性特征表現(xiàn)鮮明，都有利于教學(xué)。

（二）物理模型的兩分類優(yōu)勢

物理模型按特征分為結(jié)構(gòu)模型、功能模型、過程模型，按表現(xiàn)形式分為實物模型、圖畫模型、圖解模型。前一種分類方法突出了生命系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能以及生理活動過程、實驗操作過程特征，有利于梳理結(jié)構(gòu)與功能相統(tǒng)一的關(guān)系、生理活動中生命系統(tǒng)各組分之間的協(xié)調(diào)關(guān)系，以及實驗操作程序的內(nèi)在邏輯聯(lián)系，以生命系統(tǒng)和操作系統(tǒng)的各組分內(nèi)在關(guān)系為重。后一種分類方法突出了生命系統(tǒng)的特征性（如模型原型實物、原模型單純特征提取的圖形、具有動態(tài)意義的原模型目的含義的圖解）呈現(xiàn)形式，有利于直觀化、形象化感知學(xué)習(xí)內(nèi)容的重要組分及其關(guān)系，以直觀、形象感知系統(tǒng)整體為重。兩種分類方法各有側(cè)重，但都有利于教學(xué)中對知識的理解和運用。

（三）數(shù)學(xué)模型的兩分類優(yōu)勢

數(shù)學(xué)模型按數(shù)量組分關(guān)系分為量變模型、比例模型、比較模型，按數(shù)量呈現(xiàn)形式分為方程模型、坐標(biāo)模型、表解模型。前一種分類方法突出了生命系統(tǒng)有關(guān)的數(shù)量組分關(guān)系特征（如數(shù)量變化、數(shù)量比例、數(shù)量比較等），有利于梳理自變量與因變量的關(guān)系、生命系統(tǒng)各組分的數(shù)量關(guān)系，以生命系統(tǒng)各組分內(nèi)在數(shù)量變化和數(shù)量關(guān)系特征為重。后一種分類方法突出了生命系統(tǒng)有關(guān)數(shù)量關(guān)系的直觀表現(xiàn)形式（如方程、坐標(biāo)、表解等），有利于直觀化、形象化感知所學(xué)內(nèi)容有關(guān)的數(shù)量關(guān)系，以直觀、形象感知數(shù)量關(guān)系的形式為重。兩種分類方法只是側(cè)重點不同，但都有利于教學(xué)中對有關(guān)數(shù)量以及數(shù)量變化知識的理解和運用。

【參考文獻】

[1]人民教育出版社.課程教材研究所，生物課程教材研究開發(fā)中心編著.分子與細胞[M].人民教育出版社，2007年2月第二版：54