模型构建法在高中生物教学中的应用

甘肃 梁金平

在高中生物教学中，学生经常会出现概念和原理记不清引起的概念混淆；知识点背得滚瓜烂熟却还是不会做题等。究其原因是教师在教学过程中忽视了模型构建的训练，理论与实际不能很好地结合，从而阻碍了学生解题能力的提高。

1.模型方法概述

《美国国家科学教育标准》中的表述：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。

所谓“模型”是指模拟原型（所要研究的系统的结构形态或运动形态）的形式。它不再包括原型的全部特征，但能描述原型的本质特征。模型方法是以研究模型来揭示原型的形态、特征和本质的方法，是用“已知”解释、概括、认知“未知”。

2.模型的形式或种类

人教版教材中所述的三种模型的含义如下：

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，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等；物理模型既包括静态的结构模型，如真核细胞的三维结构模型、细胞膜的流动镶嵌模型等；又包括动态的过程模型，如教材中学生动手构建的减数分裂中染色体变化的模型、血糖调节的模型等。

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，如对真核细胞结构共同特征的文字描述、光合作用过程中物质和能量变化的解释、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它的性质的数学形式，如“J”型种群增长的数学模型Nt=N0λt。

3.模型构建在教学实践中的应用

3.1 新授课中，运用实物、标本、图片、模式图等物理模型加强知识的直观性

新授课时学生刚接触生物学某一方面的知识，就会面临尽快记住大量概念、理解概念间的内在联系等诸多困难。应用模型可以帮助学生认识事物原貌，有助于学生记忆、整理、理解和运用所学知识。比如单克隆抗体制备过程示意图（课本插图），通过对模型的讲解，学生不但轻松地了解了骨髓瘤细胞、效应B淋巴细胞、杂交瘤细胞、细胞培养等概念，而且很快领会了单克隆抗体的制备过程。

3.2 复习课中，构建抽象模型（知识网络图）统领全局

抽象模型有助于学生真正理解组成模型的各要素之间的普遍联系。如以细胞为核心概念以辐射的方式将细胞的化学组成、细胞的结构和功能、细胞的分化、癌变和衰老、细胞的增殖及细胞工程等内容有机地组织在一起，以一个抽象模型的形式开展教学，可以帮助学生认识细胞这一概念的实质，将相关知识点有机地联系起来，实现对细胞相关知识全方位、多角度的理解。

3.3 习题课中，运用模型构建高效解题

在习题课程中，引导学生以模型的思想解答题目或者指导学生基于题干条件自主构建模型解答。在教与学的过程中，很多生物现象受限于客观条件，不能直接通过实验的方式来认识问题。所以，教师引导学生构建数学模型来解答问题，让学生自主地将解答内容转化为图示或者公式形式，以数量关系、空间关系等来描述解题思路。例如引导学生从数学角度分析两对相对性状遗传过程中后代的基因型、表现型的种类以及概率是两对相对性状独立遗传结果的乘积。

4.模型的构建和重建

我们在课本上可以看到许多模型构建的具体实例，如尝试制作真核细胞的三维结构模型、利用废旧物品制作生物膜模型、建立动态的血糖调节的模型、培养液中酵母菌种群数量的变化模型等。通过具体的构建体验，可以加深对模型特点的认识，理解模型在反映事物或过程方面的简化和直观性。

5.模型间的转换

采用不同的模型来简化特定的生物学问题能够帮助学生深刻认识问题的变化规律和实质，是非常有效的一种表达手段。利用模型间的转换来考查学生对相关生物学问题的认识水平，也越来越频繁地出现在高考试题中。

例：科学家提供35S标记的氨基酸培养哺乳动物的乳腺细胞，测量细胞合成并分泌乳腺蛋白过程中各种膜结构的面积变化，结果如下图。下列选项中a、b、c所代表的膜结构名称以及放射性标记出现的先后顺序正确的是（ ）

A.a核糖体→b内质网→c高尔基体

B.a内质网→b高尔基体→c细胞膜

C.a高尔基体→c内质网→b细胞膜

D.a内质网→c高尔基体→b细胞膜

显然，该题是将课本上的相关物理模型（见必修1第48页资料分析：豚鼠胰腺腺泡细胞分泌物形成过程图解）转换成了数学模型，考查学生的模型转换能力。

【答案】D

6.模型构建方法的反思

高中生物教材中的许多结构模式图、结构示意图、原理过程图等都是教学中的科学模型，它们能简化、直观地解释并描述生物学知识，学生可以通过构建模型对知识的未知属性、事实进行推测重建、发现问题，从而认识事物中所蕴含的规律。高中生物学课程中的模型构建活动，使学生通过尝试建立模型，体验建立模型中的思维过程，领悟模型方法，并获得或巩固有关生物学概念。因此运用模型方法进行教学能够促进学生的认知水平的发展，促进学生对知识的理解。

总之，用模型构建方法组织教学，将有助于学生直观地感受生命的基本特征，用构建模型的方法反映生命活动的规律，使规律更容易被学生接受。