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模型建构在生物学教学中的应用（东营市胜利第一中学 赵学杰）摘要：模型方法是人们认识自然界的一种重要方式，也是理论思维发展的重要方式，新课程标准将模型方法规定为高中学生必须掌握的科学方法之一。模型可分为概念模型、物理模型和数学模型三种形式，通过建构模型来学习生物学知识，能增强学生的探究能力，培养学生思维品质的灵活性，本文就模型建构在中学生物学教学的应用进行了相关论述。关键词：模型，模型建构，生物学教学模型是人们为了某种特定目的而对认识对象所做的一种简化的描述，这种描述可以是定性的，也可以是定量的；有的借助于具体的实物或其他形象化的手段，有的则通过抽象的形式来表达1。美国国家科学教育标准中认为“模型是与真实物体、单一事件或一类事物对应的而且具有解释力的试探性体系或结构”2。模型的方法是以研究模型来揭示原型的形态、特征和本质的方法，是以简化和直观的形式来显示复杂事物或过程的手段。美国国家科学教育标准把模型和科学事实、概念、原理、定理及理论并列为科学知识的重点，并将构建、修改、分析、评价模型作为高中学生的基本科学探究能力2。我国的普通高中生物课程标准（实验）也明确强调学生应“领悟建立模型等科学方法及其在科学研究中的应用”，将模型方法规定为高中学生必须掌握的科学方法之一。在生物学教学中，如果能在教师的引导下，让学生在一定的情境中通过自己动手，建构相关模型来学习生物学知识，将会非常有利于学生对相关知识的掌握。在模型建构教学活动中，是以学生为主体，以建构模型为主线，让学生去探索、交流和学习，注重学习过程的主动性和积极性，而学生一旦掌握了模型建构的方法，也就掌握了一种科学研究的方法，这正符合新课改理念。一、模型建构在生物学教学中的应用1.建构概念模型，梳理知识间内在关系概念模型是指以文字表述来抽象概括出事物本质特征的模型3，如对真核细胞结构共同特征的文字描述、光合作用模型、细胞呼吸模型以及生态系统结构的表述等。建构概念模型可以使学生深入理解基础知识，辨析知识点之间的联系与区别，使知识结构化，同时有利于培养学生的归纳、概括和语言表述能力。人教版遗传与进化模块中，在现代生物进化理论的由来一节，教材借助一个理论模型来介绍达尔文的自然选择学说（见图1）。图1该模型展示了过度繁殖、生存斗争、遗传变异和适者生存等自然选择学说核心内容的相互关系，但出于让学生详细了解该学说的目的，该模型的内容相对较多，各观点之间的关系不明朗，不易于学生理解掌握。在讲授该部分内容时，让学生分组讨论，尝试重新建构该学说的理论模型，学生经讨论后建构了一个新的模型（见图2），新模型内容简单，各观点间的相关关系明了，易于掌握。图22. 建构物理模型，使知识形象化、直观化物理模型是指以实物或图画形式直观地表达认识对象特征的模型1，其最显著的特点是形象直观，可以模拟客观事物的某些功能与性质，如蛋白质结构模型、细胞膜结构模型、真核细胞三维结构模型等。建构物理模型可以使研究对象形象化，直观化，使相关知识便于理解。如人教版遗传与进化模块中的DNA分子的结构一节，重在引导学生模仿科学家建立DNA结构的模型。在教学中首先由教师引导学生复习DNA分子的组成单位脱氧核糖核苷酸及其结构组成，然后分发碱基、磷酸和脱氧核糖模型，由学生分组建构4种脱氧核糖核苷酸的模型，随后建构多脱氧核苷酸长链模型，在此过程中教师提示脱氧核苷酸之间靠3-5磷酸二酯键连接，并纠正学生的错误。之后教师引导学生阅读教材中P47-P48的阅读材料，知道当时沃森和克里克据DNA衍射图谱推算出DNA分子应呈双螺旋结构，让学生继续建构模型。最后再引导学生从材料中得到“DNA中碱基A与T配对，G与C配对”的信息，让学生修改完成模型4。在建构该模型的过程中，使学生能够感悟DNA分子结构建立过程中的科学探索精神和思维方法，同时培养了学生的创新思维能力及合作探究能力。物理模型既包括静态的结构模型，又包括动态的过程模型，如教材中学生动手建构的减数分裂过程中染色体形态变化的模型，就属于动态的物理模型。3. 建构数学模型，揭示问题本质数学模型是指用来描述一个系统或它的性质的数学形式3，如有丝分裂过程中DNA含量变化曲线、酶的活性随pH变化而变化的曲线、同一植物不同器官对生长素浓度的反应曲线、孟德尔豌豆杂交实验中9：3：3：1的比例关系等。数学模型建构的一般步骤为：观察研究对象，提出问题提出合理的假设根据实验数据，用适当的数学形式对事物的性质进行表达通过进一步的实验或观察等对模型进行检验或修正5。在教学中可以以人教版稳态与环境模块种群数量的变化一节中“建构种群数量增长的模型”为例，引导学生建构出Nn=2n的数学模型，然后再画出曲线图，在此基础上建构理想状态下“J”型种群增长的数学模型Nt=N0t6，以此锻炼学生建构数学模型的能力。数学模型有多种形式，如数学等式或不等式（用字母、数字和其他数学符号构成）、曲线图（如图3所示）、数学集合图示、数学比例式（孟德尔杂交试验中的3：1，9：3：3：1，1：1：1：1）等，在教学过程中，可据需要灵活运用。图3通过建构数学模型可以对生命现象进行量化，以数量关系描述生命现象，再运用逻辑推理、求解和运算等达到对生命现象进行研究的目的。在建构过程中使学生能从现象中揭示出本质和规律，可以培养学生的分析、推理与综合的能力，便于学生迅速地理解新知识，提高学习效率。二、模型建构方法在生物学教育中的价值模型方法是人们认识自然界的一种重要方式，也是理论思维发展的重要方式。科学的本质是科学家通过观察、实验、理论模型和数学模型来构造和检验对自然的解释2，因此用模型来描述生命现象，有助于学生从总体上去认识生命的原貌，把握生命的本质特征。模型的建立过程实际上是一个科学探究的过程，通过建构模型，增强了学生的探究能力，对培养学生思维品质的灵活性、创造性及开发智力和提高解题速度等都十分有益。此外，通过建构模型还可以培养学生严谨的科学态度和科学精神，并能增强其合作意识。模型的建构改变了传统的教学方式，加强了师生间的互动，充分发挥了学生的主观能动性，在新授课、复习课、习题课中都可以灵活使用，能起到事半功倍的效果。参考文献：1朱正威，赵占良.必修1分子与细胞M.北京：人民教育出版社，2007:54.2（美）国家研究理事会著，戢守志译.美国国家科学教育标准M北京：科学技术文献出版社，1999：128-215.3赵占良.人教版高中生物课标教材中的科学方法体系J.中学生物教学，2007（3）：4-7.