浅谈模型教学在高中生物新教材中的使用

浅谈模型教学在高中生物新教材中的使用

关键词：模型构建概念模型物理模型数学模型

20世纪30年代，贝塔朗菲在提出机体系统论概念的同时，主张用数学和模型方法研究生命现象。从此模型方法开始在生物学领域应用。《普通高中生物课程标准(实验)》明确强调：学生应"领悟假说演绎,建立模型等科学方法及其在科学研究中的应用","领悟系统分析,建立数学模型的科学方法及其在科学研究中的应用";同时新考试大纲重新对高考所要考查的水平实行了界定,明确了假说演绎,建立模型,系统分析等科学研究方法在水平要求中的地位.无论在科学研究还是在学习科学的过程中,模型和模型方法都起着十分重要的作用.课程标准已将模型纳入基础知识范畴,并且将模型方法规定为高中学习必须掌握的科学方法之一,在近年来的生物高考试题的设计中也有所体现.那么,什么是模型,模型方法教育？模型方法在新教材的哪些地方如何体现，在教师的教与学生的学中起什么作用呢？如何构建相对应的模型？

一、模型的概念及分类

高中新课程必修1对模型的定义是："模型是人们为了某种特定目的而对理解对象所作的一种简化的描述,这种描述能够是定性的,也能够是定量的;有的借助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".模型可分为物理模型,概念模型,数学模型。物理模型是指以实物或图画形式直观的表达理解对象特征的模型。如必修1的“细胞膜的流动镶嵌模型”, “真核生物的三维结构模型”,必修2的“DNA分子双螺旋结构模型”。概念模型是指以文字表达来抽象概括出事物本身特征的模型,如达尔文的自然选择学说的解释模型等。数学模型是指用来描述一个系统或他的性质的数学形式,如“J”种群增长的数学模型

Nt=N0λt ,种群基因频率变化的数学模型等。

二、模型的构建及应用

1概念模型

1.1新课标中对关于理解水平的要求：

旧：能把握所学知识的要点和知识之间的内在联系.

新：能理解所学知识的要点,把握知识间的内在联系,形成知识的网络结构.

区别：在"把握"的基础上,增加了"理解",并能"形成知识的网络结构".

解读：新课标强调图文转换和知识联系,引导学生构建知识网络和提升信息转化水平。

1.2如何绘制概念模型

首先，确定主题并置围绕主题写出关键概念和概念等级，然后，将主题概念放在顶端或中央，向下或四周按概念等级一层一层辐射开来，并用线条把概念连接起来，并用连接词语注明连线，连接词语应能说明两个概念之间的关系。最后寻找概念图不同部分概念之间交叉连线的联结，并标明连接线。要注意的是在概念图中每个概念只能出现一次。条件好的学校也能够用电脑制作，便于修改和在以后的学习中持续地补充完善。

1.3利用概念图实行生物教学

1.3.1概念图在新课教学中的使用

在讲授完新课，让学生构建概念图，能够很好地抓住主干知识,发现各个知识之间的关系,可使零碎知识网络化,立体化,使原来理解不清的知识清晰化,零散的知识系统化,机械的记忆灵活化。准确使用了概念图，有效降低学生认知负担和心理焦虑，提升教与学的效率。如学习了蛋白质这个节内容后可让学生构建如下概念图。

1.3.2概念图在复习教学中的使用

在复习教学中，制作概念图协助学生复习以前的课业、统整和连贯新旧知识，建立良好的知识结构。例如，教师指导学生找出关键概念：DNA、染色体、同源染色体、减数分裂、有丝分裂、转录、翻译基因自由组合定律、基因分离定律、基因突变、基因重组、DNA连接酶、限制性内切酶运载体、细胞核遗传、基因工程等以基因的复制与表达、基因工程、基因的结构为主线协助学生将零散知识组织及联系、处理专题研习内容，特别合适。学生的知识保持时间长，知识面宽，能更好解决问题。

在教学中要遵循一个由简到难的过程，每讲完一节内容后，从中理出主要概念，引导学生画概念图。讲完每一章，在复习之前先让学生画，边复习边让学生实行补充完善。而在总复习、专题复习中则要整合不同模块、不同章节之间的内容。最初可让学生补充完善概念图，而后再自行绘制，逐步培养学生构建知识网络的水平。

2.物理模型

2.1新课标教材（人教版）相关物理模型建构的内容

整个新课标教材（人教版）共安排了4个模型建构的内容，具体如下：

所属模块所属章节模型建构内容

《分子与细胞》第三章第三节尝试制作真核细胞的三维结构模型

《遗传与变异》第二章第一节模拟减数分裂过程中染色体的变化

《遗传与变异》第三章第二节制作DNA双螺旋结构模型

《稳态与环境》第二章第二节建立血糖调节的模型

另外，在教材中虽然没有明确说明是模型建构，但却必须使用模型和模型的方法解决问题的内容其实还有很多。例如，“稳态与环境”模块中第五章第四节安排的制作活动建议：“设计并制作生态缸，观察其稳定性”，就是要求学生制作活体物理模拟模型的探究活动，并使用这个模型实行的是对生态系统运行的模拟实验。

2.2物理建模对学生的作用

建模是一种创造性活动，学生要经过持续的分析、创新、修正才能得到。这符合学生认知规律，有助于不同层次学生个性的发展和潜能的开发，所以模型教学有助于培养学生获取知识、分析和解决实际问题的水平，还有助于创新水平和科学素养的形成。在建模思维中，学生能够从原型出发，根据某一特定目的，抓住原型的本质特征，对原型实行抽象，把复杂的

原型客体加以简化和纯化，建构一个能反映原型本质联系的模型，并进而通过对模型的研究获取原型信息，为形成理论建立基础。

2.3实例分析：模拟减数分裂过程中染色体的变化

实验室：不同颜色橡皮泥、剪刀、白纸、中性碳素笔。

这个教学过程可根据学生的不同层次采用不同的教学方法，如果学生自学水平强的，也已经有了有丝分裂作为铺垫，能够先让学生自学看书后，模拟减数分裂过程制作模型，而后老师实行分析评价。如果学生接受水平较弱，则采用先讲后做，以达到进一步理解和巩固的目的。

活动一：分小组每组六人，分别制作有丝分裂的间、前、中、后、末、子细胞图

活动二：仍以小组为单位，分别制作减数第一次分裂的前、中、后、次级精母细胞、第二次分裂的前、中、后、子细胞图。

要求：以二对同源染色体为例，其中同源染色体的大小应相同，并用二种颜色代表其来源。姐妹染色单体中间用橡皮泥相连，制作完毕后按照先后顺序粘贴在一张大的纸板上。

师生共同对学生的模型实行修改、分析和评价，师生逐步归纳抽象出规范的物理模拟模型，把学生制作的模型展示在班级中，请同学们比较分析图解，找出减数分裂过程中染色体和DNA 数目变化的规律。由物理模型总结出概念，再上升为抽象的数学模型。完成对减数分裂本质的理解。

3.数学模型

3.1新课标对于在生物学上使用数学方法的变化

旧：能用文字,图表,图解等形式阐述生物学事实,概念,原理和规律等.

新：能用文字,图表以及数学方式等多种表达形式准确地描述生物学方面的内容.区别：增加了"数学方式等多种表达形式".

解读：人教版新课程教材中有这方面内容的渗透.如：必修3中,建构种群增长模型

的方法,就明确介绍了“数学模型”。用来表达生命活动规律的计算公式、函数式、曲线

图以及由实验数据绘制成的柱形图、饼状图等称为数学模型。

3.2数学模型实例分析：