例谈模型法在高中生物概念教学中的应用

黎丽君

摘    要： 概念是生物学知识的一个重要组成部分，提高概念教学的有效性是生物教育教学研究的一个重点和难点，传统“以教为中心”教学模式中，学生对概念的理解是机械式的，遗忘率高。模型对概念原型的生动阐释，是将原型高度纯化之后的本质显现，可作为概念呈现的有效载体，模型建构的过程即概念生成的过程。本文通过案例探讨以模型建构的方法提高高中生物概念教学的有效性。

关键词： 模型法    高中生物    概念教学

生物学是研究自然界中生命运动规律的学科，自然界生物种类繁多、运动错综复杂，几乎每个具体的问题都涉及许多概念，因此如何提高生物概念教学的有效性是生物学科教学发展的一个重要课题。模型方法直观形象，揭示了原型的本质属性，而模型建构的过程充分发挥了学生的主观能动性，使学生主动参与知识构建，符合新课程改革精神，因此将模型方法引入生物概念教学，是提高教学质量的有益尝试。

1.高中生物学概念特点及现有教学方法存在的问题

高中生物学概念是对生物的结构、生理功能乃至一切生命现象、原理及规律的精确而本质的阐述，是学生进一步探究生物学现象与规律的基础，具有很强的客观性、概括性和抽象性[1]。高中生好奇心强，求知欲旺盛，感性认识和具体形象思维能力强。但对抽象概念缺乏理性认识，因此，概念的生成要与学生的心理特点和认知规律相吻合，从感性到理性，从现象到本质一步步地引导学生主动探索与认知。而传统教学以教师为中心，忽视学生的能动性，学生被动接受知识，对概念的本质理解不透，脑子里只有概念的名词表象，无法将概念应用于实际，解决问题，概念的学习对学生科学探究、合作交流、情感态度与价值观等因素的培养没有起到应有的作用。

2.模型方法引入概念教学的意义

人教版高中生物必修1教材对模型的定义是：“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。”由此定义可知，模型本身就是对概念的生动阐释，而且是高度抽象化、纯化后的本质显现，因其生动形象、简化的特点，可作为概念呈现的有效载体，模型建构过程即是概念生成的过程。因此，模型方法的引入对于提高概念教学的有效性大有裨益。

3.模型分类

模型方法是通过构建模型研究、揭示原型（概念）的形态、特征和本质的方法，是逻辑方法的一种特有形式[2]。根據模型呈现方式的不同，可分为三大类：物理模型、概念模型和数学模型。物理模型是指以实物或图像形式直观地表达认知对象特征的模型，是对原型的纯化和简化、具有一定的形态结构特征，如人工制作或绘制的DNA分子双螺旋结构模型、真核细胞三维结构模型、细胞膜流动镶嵌模型等;概念模型是指以文字、图解等形式抽象概括出事物本质特征的模型，如减数分裂过程染色体变化图解、血糖调节模型等;数学模型是指用来描述一个系统运行规律的数学形式，如数学公式、算法、表格等[3]。本文重点论述物理模型与概念模型的应用。

4.物理模型的应用案例

案例：通过构建目的基因与载体拼接模型理解“自身环化”、“反向拼接”。

活动指导：以学习小组为单位，向每个小组提供一个含目的基因的DNA片段（黄色卡纸），一个环状质粒（绿色卡纸），卡纸上写有碱基序列，同学们手中的剪刀相当于EcoRⅠ，透明胶带相当于DNA连接酶，请你观察目的基因与运载体序列，在相应的位置剪切并拼接，看看可以拼出多少种不同类型的产物？

学生活动：经过观察找到EcoRⅠ的识别序列GAATTC后在G和A之间剪切，目的基因两端都有EcoRⅠ的识别序列，剪切后得到3个片段，质粒上也有一个EcoRⅠ的识别序列，剪开后经观察发现：质粒的黏性末端与目的基因的黏性末端相同。多数小组能将目的基因与质粒进行拼接，但碱基序列方向有所不同（“反向拼接”）。有些小组创新思维，将目的基因翻转，首尾衔接（“自身环化”），将质粒翻转，拼接成功。

案例分析：基因工程是在分子水平上进行的操作，技术要求高，学生无法实验操作，通过模型模拟演绎，亲身体验基因剪切、基因拼接的过程，理解剪切、拼接的实质所在，有亲手制作的模型在，原本陌生而抽象的概念变得直观生动，同时培养学生的创新意识与实践能力。

5.概念模型的应用案例

案例1：“DNA半保留复制”模型的建构。

模型情境：有人认为DNA是半保留复制，有人认为是全保留复制。现有一个双链均为■N的DNA分子，放到■N的培养基中培养，若进行半保留复制，则复制后的得到的2个DNA都是一条链为■N，另一条链为■N;若进行全保留复制，则复制后一个DNA双链均为■N（保留原状），另一个新生的DNA双链均为■N，若经离心，就会出现轻重中不同的条带（显示图片）。请你根据以上所给资料设计一个实验方案，探究DNA复制的方式，理解何为“半保留复制”。

案例分析：抓住学生的好奇心，创设问题情境，引导学生分析背景资料所给信息，读懂信息后通过设计实验方案（模型）的方式表现DNA的半保留复制。学生积极读取信息，获得一种感性认识：半保留复制得到的双链DNA，均为母链+新链的组合，即■N/■N;而全保留复制得到的2个DNA，其中一个与模板一模一样（■N/■N，最重），另一个DNA双链都是■N/■N（最轻）。由此，形成实验设计思路：将复制一次后的DNA进行离心，若只出现中带，则说明是半保留复制，若出现轻带与重带，则说明是全保留复制。这一模型的建构基于实验结果的支撑，为后边学习半保留复制的具体过程奠定基础，使学生的知识结构得到顺应，不仅是对学生逻辑思维的有益训练，还能充分培养学生的科学探究精神与实践创新能力。

案例2：“细胞呼吸”模型的建构。

活动指导：以学习小组为单位，每组获得白纸1张，“线粒体”卡片1张，各阶段反应物、产物卡片若干，整张白纸代表一个细胞，白纸边缘代表细胞膜，线粒体与细胞膜之间代表细胞质基质，通过小组讨论，合作交流，将相应的卡片放到它们应出现的位置，并用箭头标注各阶段的反应顺序，物质走向，时间6分钟，然后展示建构成果，小组互评，最后总结归纳细胞呼吸、有氧呼吸、无氧呼吸的概念。

案例分析：为完成此模型的建构，学生需要分析各阶段的反应式及发生场所才能准确找出相应卡片并贴到相应位置。为准确地标注箭头，学生要将各阶段反应串联起来形成一个完整过程。通过整合素材、图形填充、绘制，学生充分发挥主观能动性，主动参与知识构建，最终形成细胞呼吸的直观模型，突破“细胞呼吸”这一概念。

6.总结与反思

模型建构过程中出现的一些问题值得反思：（1）缺少形象化之后抽象出概念本质的思维过程，模型建构就会流于形式，变成游戏;（2）为追求细节上的美观而舍本逐末，出现科学性错误，则背离模型方法简化、抽象出本质的要旨;（3）为建构模型而建构模型，须知模型的引入是为揭示概念实质服务的，若背离这一初衷，则适得其反;（4）善用模型方法，不能滥用，并不是所有概念都适用于建构模型，对于一些事实性概念，一些浅显易懂的概念无需费力建构模型，而对于一些核心概念，抽象概念，有一定思维深度，有探究价值，则要巧妙运用模型进行演绎，抓住概念的本质与核心。

参考文献：

[1]胡向国.高中生物概念教学探究[D].湖南师范大学硕士论文，2008.

[2]余自强.高中生物学课程应提高基本科学素养要求[J].生物学通报，2003，38（1）：36-37.

[3]普通高中生物课程标准（实验）.