浅谈模型方法在高中生物概念教学中的应用

陈亚羡

【摘 要】在高中生物教材中，概念教学占有重要地位，搞好生物概念教学是提高教学质量的根本。如何使學生准确、深刻地理解概念，掌握概念呢？通过物理模型、概念模型、数学模型的构建来促进高中生物概念的教学。

【关键词】模型方法；高中生物；概念教学

1.研究背景

在《普通高中生物学课程标准（2017版）》中指出：“通过探究性学习活动或完成工程学任务，加深对生物学概念的理解，提升应用知识的能力。”高中生物学课程标准研制项目的负责人——北师大科学教育研究中心主任刘恩山教授，在解读新版课标时指出：模型建模、科学论证是发展学生理性思维的有效手段，需要老师们渗透到每一节课堂教学中。

概念的形成过程首先要基于事实，它是由事实而逐渐归纳所产生的反应事物一般的本质特征。必修教材中“资料分析”这部分内容往往是由一些科学实验得出的事实性知识，由这些事实性知识自然而然形成的往往是生物学的重要概念。例如：必修1第3章第3节由资料分析得出细胞核控制着细胞的代谢和遗传，必修2第3章第4节的资料分析得出基因是有遗传效应的DNA片段。但还有一些概念本身比较抽象、过程复杂、不容易理解和掌握，比如：有丝分裂、减数分裂、基因的表达（转录、翻译）、DNA双螺旋结构等。利用模型方法构建这些抽象概念的形成过程，有利于理解概念的内涵，值得探讨和研究。

2.什么是模型方法

模型方法就是把研究对象（原型）的一些次要的细节、非本质的联系舍去、从而以简化和理想化的形式去再现原型的各种复杂结构、功能和联系的一种科学方法。模型方法具有可对事过境迁的自然现象进行研究，将自然现象放大或缩小等优点。

生物学通常构建的模型有3种：物理模型、概念模型、数学模型。物理模型是以实物或图画形式直观地表达认识对象的特征，常用来代表非常庞大或者及其微小事物的三维结构，如：细胞的亚显微结构、DNA分子的双螺旋结构、生物膜的流动镶嵌模型等。概念模型一般用描述性文字表达抽象的过程，使学生建立某些流程，概念模型大多以概念图的形式出现。数学模型就是为了某种目的，用字母、数学及其它数学符号建立起来的等式或不等式以及图表、图像、框图等描述客观实物的特征及其内在联系的数学结构表达式。如：“J”“S”型种群数量变化曲线。

3.模型方法在高中生物概念教学中的应用

3.1物理模型在高中生物概念教学中的应用

首先，学生刚接触生物学某一方面知识，经常会面临需要记住大量概念，理解概念间的内在关系等诸多困难。比如：学习细胞结构时，比较植物细胞与动物细胞在结构上有哪些相同点和不同点？细胞膜的结构特点是什么？DNA分子结构有何特点？这些概念通过学生自主阅读教材、教师讲解进行学习。有些中学实验室可以完成的实验如观察植物细胞与动物细胞的结构，但也仅限于光学显微结构，没有办法观察亚显微结构，所以学生对这些概念的感性认识不够，理解不深刻。针对这些问题，可以组织学生自己动手制作各种模型，增进对所学知识的理解和运用。例如：我们组织学生在课外时间尝试利用身边的简易材料制作动物、植物细胞的三维结构模型，制作生物膜模型，制作DNA分子结构模型等，所需材料全部自选，随后进行展示评比。由于目标明确，学生的积极性高，充分调动想象力和创造力，能使一个个原本抽象、微观的概念变得栩栩如生。通过构建物理模型帮助学生认识事物原貌，有助于学生从整体上理解、记忆相关概念的内涵。

其次，在过程比较复杂的概念教学中，构建具体过程的物理模型可以加深学生对复杂过程中核心内容的理解，在一定程度上可以促进概念教学。例如：在学习基因表达时，翻译的过程、密码子、反密码子、起始密码、终止密码、mRNA、tRNA等这些概念也是容易混淆的，通过构建物理模型，演示翻译的动态过程使这几个概念之间的关系更加清晰。具体做法如下：参照课本，课前用卡纸剪出核糖体、转运RNA若干个，长纸条代表mRNA，上面写上RNA的四种碱基，mRNA前面有起始密码AUG，后面有终止密码UGA。在学会查密码子表的基础上，引导学生分小组用自制的模型演示翻译的过程，然后请学生代表上黑板演示并讲解过程。最后请学生代表小结翻译的场所、条件、产物、遵循的原则、遗传信息流动的方向。

3.2数学模型在高中生物概念教学中的应用

在生物学中由于概念繁多，有些概念之间相似易混，难以区别。用数学上的等式或建立坐标、曲线等图像可以使其变得更具体。用坐标图像表达自变量与因变量之间的关系，体现知识间内在的逻辑关系，便于学生的理解和掌握。例如：学习减数分裂这个核心概念时，必然会涉及到以下的一些概念：同源染色体、四分体、染色单体、DNA分子数、染色体数等，对这几个概念辨析后，进一步提出问题：它们之间是什么关系呢？用数学等式的方式体现：1个四分体=1对同源染色体=4条染色单体=2条染色体=4个DNA分子。减数分裂过程中DNA分子数、染色体数又是如何变化的呢？在明确染色体复制前后染色体数目不变，DNA分子数加倍的基础上，根据减数第一次分裂、减数第二次分裂过程中染色体行为的变化规律，计算出各个时期的染色体数和DNA分子数，用曲线图直观形象地展示出来：

图中横坐标表示时间，纵坐标表示DNA含量或染色体数目，在准确判断出①曲线代表DNA分子数，②曲线代表染色体数后，要求学生说出a、b、c、d所代表的细胞名称。通过构建数学模型，进一步理解减数分裂这个概念的内涵和外延。

3.3概念模型在在高中生物概念教学中的应用

我们在平时的教学过程中经常会遇到学生提出这样的问题：“生物学应该怎样学，那么多的概念如何记？”学生产生这样的困惑，原因之一是他们把概念一个个孤立起来，以为只要死记硬背就行。学生已经获得并建立了一个个零碎的概念，缺乏的是怎样把一组相关的概念联系起来，构建以大概念、重要概念为核心的概念体系。所以，概念模型方法往往在复习课中应用比较多，因此，在各类复习课中，教师要善于引导学生根据事物的本质特征及内在联系，构建一些概念模型有助于理解生物知识间的联系，帮助学生复习以前的概念、梳理和连贯新旧知识，建立良好的知识结构。例如：进行章复习时，充分利用教材每章自我检测中的题目：画概念图。指导学生画概念图也应遵循由易到难的原则：可以先呈现留有部分空格的概念图，学生的水平越高，空格就越多，需要连接的概念就越多。章检测的概念图就是以这样的形式出现。当然，教师也可以呈现包含部分错误的完整概念图，让学生在改错中学习知识，避免了学生自己构图带来的认知负担。而学生要发现和改正概念图中的错误，就必须认真分析整个概念图，思考哪儿有错。这避免了直接呈现“标准”概念图带来的被动学习。

将概念图这一认知工具应用到生物学复习中，让学生绘制概念图，他们可主动参与知识的回顾与提炼过程，整合新旧知识，建构知识网络，浓缩知识结构，达到灵活迁移知识的目的。

【参考文献】

[1] 中华人民共和国教育部.普通高中生物学课程标准（2017版）[M].北京：人民教育出版社，2017

[2]郑渊方，廖伯琴，王姗.探究式教学的模型建构探讨[J].学科教育，2001（05）

[3]薛晓华.利用模型构建促进高中生物概念教学的实践研究[D].北京师范大学，2012