1、例談生物教學中模型的建構江蘇省天一中學 浦佳麗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者其他形象化的手段，有的則通過抽象的形式來表達1。我國普通高中生物課程標準已明確將模型納入基礎知識范疇，并且將模型方法規定為高中學生必須掌握的科學方法之一。模型的類型有很多，包括物理模型、概念模型、數學模型等。現筆者將在實際教學過程中一些“模型建構”的運用與大家探討：一、用物理模型活化抽象知識以實物或圖畫形式直接表達認識對象的特征，這就是物理模型，最著名的就是沃森和克里克構建的DNA分子雙螺旋結構模型。教學中，筆者先和學生

2、一起踏著沃森和克里克的足跡，重現了DNA分子結構的發現歷程。當學生折服于科學家的睿智和堅韌、對DNA分子模型建構躍躍欲試時，筆者就趁熱打鐵安排學生用所供材料親手構建一個DNA分子模型。在合作的基礎上，學生興致勃勃地成功構建了DNA雙螺旋結構。通過這個環節的教學活動，激發了學生探究微觀生物分子的興趣，并使學生對大分子DNA有了直接的感性認識，DNA的結構特點也一目了然：如DNA的基本單位是什么？它們之間是怎么連接的？外側骨架是什么？堿基位于哪里？它們之間怎么配對？反向平行如何體現？DNA分子為什么具有多樣性？本節教學重難點得到有效突破。實物物理模型在日常教學中運用不是很廣，但以圖畫形式構建物理模

3、型則相當普遍，如各種細胞器結構的靜態模型、噬菌體侵染大腸桿菌、光合作用等過程模型。筆者發現：通過若干次物理模型的構建，學生養成了一種思維習慣，凡遇抽象的結構或過程時，都會嘗試用簡易的圖形幫助思考。在生物學中，圖文記憶十分重要。識圖認結構，識圖辯過程，這些都是考查的重點。二、用概念模型簡化復雜的生理過程 概念模型是指以文字表述來抽象概括出事物的本質特征的模型。血糖調節是高中生物教材中一個重要的知識，但是這塊個體穩態調節的內容是“看不見，又摸不著”，十分抽象。所以，筆者設計讓學生分別扮演血糖、肝臟及胰島，依次探究飯后及運動時機體的反應。通過這個動態的過程模型，學生充分理解機體對血糖水平進行調節的機

4、制，并嘗試用文字和箭頭構建血糖平衡的概念模型，如下： + 合成肝糖原、肌糖原 胰島素含量上升 加速細胞攝取、利用葡萄糖 +血糖濃度升高 血糖濃度降低 + 肝糖原分解 胰高血糖素含量上升 非糖物質轉化 + 通過主動參與、親自建構概念模型，學生對血糖調節這一生理活動有了更深的理解。并且，利用這一清晰明了的概念模型，可以很好地分析一些生物現象：如飯后體內胰島素和胰高血糖素的分泌情況？糖尿病患者為什么會出現尿糖？健康人和糖尿病患者同時口服葡萄糖，隨后一段時間內各人血糖濃度如何變化等？通過概念模型，可以將復雜的生理過程簡化，可以幫助學生理清思路。善于總結歸納概念模型，這不失為一種好的學習方法。三、 用數

5、學模型歸納生物學規律數學模型是指用來描述一個系統或它的性質的數學形式，是聯系實際問題與數學的橋梁，具有解釋、判斷、預測等重要功能。科學史上，許多科學家都是建立和應用數學模型的大師，他們將各個不同的科學領域同數學有機的結合起來，其中最為學生熟悉的是兩大遺傳定律的發現者孟德爾。數學模型的建構在“種群數量的增長”這節教學中最為典型。在教學中，筆者循著“具體抽象具體抽象具體”循環上升的軌跡，注重從生物學現象中提煉數學本質，構建數學模型，再用模型解決實際生物學問題。“具體抽象”生物現象：通過大量的實驗觀察，發現某種細菌在營養空間均充裕的情況下，每20分鐘分裂繁殖一代。數學模型：請大家推測，復制n代后細菌

6、的數量N是多少？（N=2n，數學公式模型）“抽象具體”根據這個數學模型，我們可以推測72h后細菌數量大約有多少？（解決實際生物學問題）“具體抽象”完成教材P66頁的表格，根據表格數據畫出種群增長的“J”型曲線（構建坐標曲線模型）。比較兩種模型，發現曲線模型更直觀。“抽象具體”聯系實際生物現象，發現“澳大利亞野兔成災”、“環頸雉遷入某美國島嶼前幾年”均出現類似的“J”型增長（模型類似）。尋找原因：理想條件下（食物空間充裕、氣候適宜、沒有天敵等）“具體抽象”模型假設：食物空間充裕、氣候適宜、沒有天敵等情況下，起始種群數目為N0，第二年是第一年的倍，構建模型：t年后種群數量：Nt=N0×t

7、 構建曲線模型：“J”型增長設問：實際環境中種群數量會這樣“J”型增長下去嗎？如果不會，原因是什么？曲線將如何變化？學生思考后得出呈“S”型增長曲線模型。實驗驗證：生態學家高斯的實驗。“抽象具體”應用學生已有的數學知識，對“S”型增長曲線進行分析。得出：K值時，種群增長率r最小，約為0；1/2K時，種群增長率r最大。解決生物學問題：1從環境容納量考慮，大熊貓數量為何大量減少?該如何保護？2從環境容納量考慮，如何使老鼠數量控制在一個較低的水平？3捕魚捕多少量最有利于種群快速增長？學生在已有知識的基礎上，在最近發展區內，重新構建新的知識種群數量的變化，初步學會用數學模型歸納生物學規律，并用模型解決新的生物學問題。在教學中引導學生建構數學模型，有利于培養學生透過現象揭示本