模型構建在高三生物復習課中的應用探析

周佳璇

【摘要】高三生物復習課在傳統教學模式下可能無法幫助學生形成完整知識網絡，也不利于學生生物核心素養的培養。模型構建作為一種科學的學習研究方法，合理應用在高三復習課中，既能使學生形成科學思維，主動構建知識網絡和整理解題方法，也能增加學生課堂參與度，提高學科學習興趣。

【關鍵詞】模型構建;復習課;知識網絡

核心素養是學生在解決真實情境的問題時所表現出來的必備品質和關鍵能力。隨著課程教學改革的深入，模型構建以其特有的理性思維方式，在生物教學中應用越來越多。新課標始終強調學生不僅應該掌握科學知識，更應該學習科學研究的一般方法。筆者通過幾個模型構建應用實例，探討模型構建在高三復習課中應用的意義。

一、傳統教學模式與模型構建教學方式的比較

傳統教學方法下，學生常常會反映“課本看懂了，但是還是不會做題”，這是因為教材是分章節學習，教師是分課時按教材編寫順序完成教學，機械化的教學方式如同填鴨教學，學生所得到的知識很難形成有機聯合，甚至所有課程學完仍不能體會生命科學學習的意義。

高三復習課教學任務較重，學生需要在有限的課堂時間里實現對碎片化的知識進行整理，構建系統化知識網絡和解題方法。模型構建要求學生從課本知識出發，用具體模型形式呈現課程內容，并通過具體操作再現對課本知識的理解。這種模型構建方法的深入應用，既能使學生充分理解和闡述生物學的基本理論和知識，提高學生的動手能力和觀察能力，又能讓學生領悟生物學家在研究過程中所持有的觀點以及解決問題的思維和方法，培養學生的核心素養。

二、教材核心概念與模型應用

模型是原型的一種抽象，模型舍去了原型一些次要的細節、非本質的聯系，以簡化和理想化的形式去再想原型的各種復雜結構、功能和聯系（如圖1）。模型構建法的思想方法能把抽象的問題直觀化，復雜問題簡單化，是經常見到的研究問題的一種思想方法，也是高考著重考查的一種思想方法。教材中一些核心概念都與之有關。

三、三種模型在復習課中解決幾個教材難點的應用實例

1.概念模型在遺傳實驗設計題中的應用

遺傳設計題在近幾年國卷中考察較多，難度較大，要求學生在理解題目情景基礎上，根據現有材料，依托經典實驗思維，設計實驗。傳統教學主要通過類型題專題課，羅列經典題目，主要從“刷題”訓練的角度完成該專題復習工作，而這種方法在非重點中學往往復習效果一般，學生到了考試可能還是留空該道題。筆者嘗試以2017年青島二模遺傳設計題目為例，從模型構建的角度出發，圍繞遺傳學的相關概念，引導學生構建遺傳圖解概念圖，形成一定解題步驟思路。

本題已經說明被毛為顯性，學生根據題意從F1能夠得到“該性狀與性別相關”的信息，根據教材經典案例能夠得出假說1“伴性”的結論。學生接著根據假說2提供的信息，得到出題者給了“Aa在雌性中為被毛，在雄性中為無毛”的結論。

學生根據兩種假設，分別完善相關假設下有毛、無毛所對應基因型。從假設出發，學生比較兩個假設下基因型差異，分析兩個假設主要分歧在哪種個體。學生很容易得出分歧主要在于雄性無毛，這種個體即為待測基因型。那么，實驗思路主要是用雄性無毛個體進行測交，從后代推測結論。學生寫出思路后，要求他們分別在自己小組選擇的假設下寫出相關遺傳圖解。這便將學生的思路繼續整合出一個可視的直觀的概念模型，學生整理出來后自然得出相應假設下的結論。最后兩種假設的學生合并，根據這種題目“假如后代……則說明假設1（或2）成立”的模式，完善題目整個實驗設計。

筆者通過對青島二模這道遺傳題的模型設計應用，給予學生一個模式化的解題思路，后續通過練習加強鞏固幾次后，從后面模擬考試中可以看到學生在這種題目上有明顯進步，在其他變形題上也敢挑戰自我，自行探究解題模式，這點是超出預想的。

2.物理模型在基因表達載體構建相關題目的應用

基因表達載體構建這一部分內容，涉及到限制酶和DNA連接酶的選擇、目的基因與載體的連接，學生就會產生困惑。這主要是因為基因水平是微觀的研究，學生在生活中對其體驗不深。物理模型可以很好解決這一問題。物理模型是一種直觀的模型構建方式，模型本身的優勢之一就是讓學生將感性認識上升為理性認識。

以2012年江蘇二模（圖4）為例，在這道題目的教學中，筆者提供這道題的自制模型（圖5）給學生，讓學來選擇相關限制酶切割目的基因和質粒，分組探究選擇不同的限制酶產生的問題。提出選擇限制酶的原則與注意生剪出事項：保護目的基因、至少保留一個標記基因、目的基因與載體都有其切割位點等。

對于第二個空，筆者讓學生都選擇BamHI作為限制酶切割，接著用透明膠布代表DNA連接酶，進行基因表達載體構建。每個小組展示自己的成果，提出有的小組已經出現題目表述的問題——“部分含有重組質粒的大腸桿菌菌株中目的基因D不能正確表達”，學生對此表示好奇，并相互比較小組的重組質粒，發現問題：部分目的基因D與質粒反向連接。通過這種直觀的物理模型，學生對于題目考察的題眼“用同種限制酶處理”所對應的經典考點印象深刻，并有一個非常直觀、理性的認識，這就是模型教學本身追求的效果。

3.數學模型在光合作用于相關題目的應用

教材中提到數學模型指的是用來描述系統或它的性質和本質的一系列數學形式4。數學模型把研究問題用數學的符號語言表述為數學問題，并通過模型進行一定的邏輯推理、求解和運算，獲得客觀事實的本質，以達到研究目的。

影響光合作用因素這部分，通過曲線、表格等模式考察比較多。筆者以2015年四川理綜光合作用這道題（圖6）為例，讓學生體會數學模型的變式也是從經典模型延伸出來的。

這道題以表格形式出題，題目關鍵信息是不同植物的光補償點和光飽和點。第1小題只考查苦儲這一植物，“光強小于1255μmol·m-2·s-1”提示考查小于光飽和點的影響因素。筆者引導學生回憶經典數學模型（圖7），實現由表格到文字到曲線的轉化。第2小題關鍵詞是“馬尾松”“大于140μmol·m-2·s-1”，提示考查大于光補償點時光合作用和呼吸作用強度的比較。學生由圖7曲線圖獲得大于光補償點則光合作用強度大于呼吸作用強度。由表格信息提取出關鍵文字信息后，筆者要求學生回憶線粒體和葉綠體相互關系模式圖，并讓學生代表畫出氧氣進出箭頭（圖8）。

數學模型中的表格是學生比較怕的考察形式，它往往不夠直觀，通過構建曲線模型，可以更直觀地提取考點，數學模型的構建和轉換應用恰當，學生如能舉一反三，對于他們整個知識網絡的有效構建有很大益處。

核心素養培養的提出要求學科教育必須重視學生知識、能力與情感態度價值觀的發展，模型方法作為一種科學研究手段，其應用本身要求學生能夠抓住課本原型的本質特征，將微觀的知識形象化、具體化，將復雜的知識簡單化。高三復習課所承載的知識非常多，學生如果能明確模型建立的目的，有效應用模型，既能很好理解課本基礎知識概念原理，也能鍛煉分析問題解決問題能力。

參考文獻：

[1]崔敏霞.在生物課堂中培養學生建模的能力[J].中學生物學，2010（10）：21-25.

[2]趙海芳.核心素養下模型構建在高中教學中的嘗試應用——以減數分裂和有絲分裂的模塊復習為例[J].中學教學參考，2017（9）：90-91.

[3]邢紅軍.論科學教育中的模型方法教育[J].教育研究，1997（7）：53-54.

[4]人民教育出版社課程教材研究所，生物課程教材研究開發中心.生物3必修穩態與環境[M].北京：人民教育出版社，2007，65.