高中生物教学建模的必要性初探

靳迪

模型是人们为了某种特定目的而对认识对象所作的一种简化的概括性的描述，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。纵观生物学科发展史，各种细胞器模型，DAN双螺旋结构，生物流动镶嵌模型，生物群落增长曲线等等，不一而足，无不说明建模思想和方法在学科建设和知识普及中的重要性、时效性和必要性。下面就结合教学实际需要，谈谈本人有关建模的一点具体做法。

一、抓住本质，突出主要特征

毋容置疑，氨基酸脱水缩合形成多肽，是高中生物教学的重点之一，也是主要难点之一。笔者分析认为，要让学生掌握该过程，应让学生在头脑中建构模型，使其对化学变化本质有一定认识。众所周知，化学变化的本质，是通过电子转移形成相对稳定的化学键。于是笔者设计如下问题：

问题1、C元素为何是最基本元素？此问旨在让学生明确C原子核外最外层有四个电子，能形成四个共价键，并由此可形成较长的C链及C环。

问题2、N、H、O等原子分别能形成几个共价键？此问题旨在举一反三，巩固化学键的概念，同时为问题3做铺垫。

问题3、羟基、羧基、氨基的结构符合上述原理吗？此问旨在让学生在问题2的基础上水到渠成地认识并理解该三种原子集团的合理性。

问题4、20种氨基酸的结构符合上述原理吗？此问有在问题3的基础上引领学生认识并理解氨基酸的结构，同时涉及到对氨基酸中可能出现的C链和C环的认可和理解。

问题5、你能用球棍模型来表示它们吗？此问旨在通过物理模型巩固化学模型，从而在学生头脑中建立氨基酸分子的生物模型。

问题6、二肽结构符合上述原理吗？此问旨在让学生根据前述原理探究脱水缩合的过程。

问题7、你能用球棍模型演示脫水缩合的过程吗？此问主旨同问题5。

问题8、你能用任意两个氨基酸组合出二肽、三肽乃至多肽的结构吗？此问也旨在举一反三，让学生运用上述原理解决复杂问题，巩固认识。

在上例中，笔者首先抓住了化学变化的电子转移之本质，又配套运用化学结构模型和物理模拟模型，从而使电子配对形成化学键的这一化学物质结构主要特征，逐步在学生头脑中准确建模，这一看似简单的做法，不仅较为轻易地突破了脱水缩合这一难点的教学，而且帮助学生在共同探讨的过程中较为深刻地理解了生物变化和化学变化在本质上的一致性——这一理解对后面DNA分子结构、细胞呼吸、光合作用乃至基因工程技术的学习都大有裨益。

二、巧妙设计，剔除干扰因素

众所周知，很好理解磷脂分子的分层排列，是掌握生物膜流动镶嵌模型的基础。人教版高中生物必修一的教材的做法是，以科学探究史告诉学生，细胞膜中的磷脂分子必然排列为连续的两层，并简要提出，磷脂分子头部亲水而尾部疏水，然后让学生加以推导。很明显编者的处理是较为恰当和符合新课标要求的。但实践表明，由于学生对疏水性和亲水性这一对概念的模糊认识，导致该推理过程勉强而不牢固。又由于磷脂分子的分层排列过于微观，学生无法直接观察，所以，教师通常的做法是运用多媒体课件模型来辅助教学。但笔者认为，本节科学史内容较多，用多媒体呈现后必然带来视觉疲劳，再加上多媒体课件模型因其只能观察而不能动手体验，使其对该问题的解决存在很多局限，并且，很多教室是没有多媒体设备的，所以为学生着想，笔者运用类比建模思维，将物理学科教学中常用的磁体引入生物教学的模型制作，很好地解决了上述问题，具体做法如图所示：

在中间开圆口的圆形纸板中央圆口中放上若干U形磁铁，N极（用黑色表示）一律对外。在圆纸板外围放上若干条形磁铁，N极（用黑色表示）一律对准圆纸板中心。

将若干小磁针在纸板上如图中左上角位置那样摆放成两排（可成两同心圆周），问小磁针的N极（黑色）将如何指向？原因是什么呢？学生猜想后，由教师按上述要求摆放小磁针，学生观察结果。

用双面胶在每个小磁针上贴上事先准备好的磷脂模型纸片（如图右下角所示），让学生观察其排列特点。

设问假如把圆纸板内外的N极（黑色）分别看成是细胞内外水的环境，那磷脂分子也能如图所模拟的那样排列吗？

让学生亲手拨动模型中的表示磷脂的纸片，观察起摆动和最终静止方向，并运用磷脂分子特性来解释原因。

本例中，笔者通过与磁极间的相互作用类比的这一模型的设计，使学生在饶有兴趣的直观教学中，体会了磷脂分子的亲水与疏水特性，并观察到磷脂双分子层的排列。有必要说明的是，该模型的设计巧妙之处在于，笔者有意将小磁针和磷脂纸片同时呈现在该模型上，从而有效避免了学生因为从物理规律过渡到生物特性而产生过多的思维干扰过程。

三、筛选提炼，从生活中引模

“落红不是无情物，化作春泥更护花”，此为教材中最为经典的导入语，它不单创造了意境，引发了兴趣，更重要的是它非常形象地阐释了物质循环的规律。有鉴如此，我们可以从生活语言中筛选提炼出有价值的东西，作为阐释生物现象和规律的模型。如运用“竹篮子打水一场空”的谚语，将植物细胞壁类比于竹篮子，就轻松地解决了质壁分离教学中学生对其伸缩性小并具全透性特点认识不清的问题；演示一下“钥匙开锁”，就轻易地解释了酶和底物的契合作用；讲一下“魔鬼和瓶子”的故事，再用瓶子、瓶身、瓶盖和进出瓶子的魔鬼分别来类比ATP、ADP、Pi和能量，就轻巧地阐明了ATP和能量的关系；可见，引入这类简单明了却有趣又有效的模型的，对教学是有事半功倍之效的。所以，我们应该注意做有心人，随时随地从生活宝库中开发辅助教学的新资源。