運用模型建構方法 提高生物課堂教學有效性

福建省建甌第三中學 張興旺

模型建構是一種重要的科學方法，也是新課標中應該高度重視的一項有利的教學資源力?！睹绹鴩铱茖W教育標準》中也要求學生“運用邏輯和證據來構造和修改科學解釋和科學模型”，將其作為進行科學探究所需要的基本能力。新人教版高中生物教材選擇的內容充分體現了這種要求，其中含有豐富的模型建構的素材。用好這些素材，充分發揮模型的作用，可以充分挖掘學生的潛能，有效提高教學質量。

一、解讀模型和模型建構的價值

“模型是人們為了某種特定目的而對認識對象所做的一種簡化的描述，這種描述可以是定性的，也可以是定量的；有的借助于具體的實物或其他形象化的手段，有的則通過抽象的形式來表達”。模型分三類：物理模型、概念模型、數學模型。物理模型如真核生物的三維結構模型、細胞膜的流動鑲嵌模型；概念模型如血糖平衡調節的模型、達爾文的自然選擇學說的解釋模型等；數學模型如“J”型種群增長的數學模型Nt=N0λt 、有絲分裂中DNA含量變化曲線等。高中生物學中的模型建構活動與科學研究中的建立模型不完全等同，它是為學生更好地掌握具體生物學內容而服務的。讓學生通過嘗試建立模型，掌握或鞏固有關生物學概念，體驗建立模型過程中的思維過程，并領悟模型方法是高中生物學中的模型建構活動的主要價值。

二、模型建構在教學中的應用

（一）建構物理模型，使知識形象化、直觀化

物理模型是指以實物或圖畫形式直觀地表達認識對象特征的模型。其最顯著的特點是形象直觀。建構物理模型可以使研究對象形象化，直觀化，使相關知識便于理解。

（二）建構概念模型，梳理知識間內在關系

概念模型是指以文字表述來抽象概括出事物本質特征的模型。如光合作用模型、細胞呼吸模型等。建構概念模型可以使學生深入理解基礎知識，辨析知識點之間的聯系與區別，使知識結構化，同時有利于培養學生的歸納、概括和語言表述能力。

1.在減數分裂教學導言中的應用

展示生殖與發育概念圖，請同學們以人為例討論：如果整個過程只有有絲分裂，會是什么結果。經過分析，同學們得出，如果只有有絲分裂，那么每繁殖一代，染色體的數目就會增加一倍。此時引出生殖細胞的形成是通過減數分裂的方式實現的。

2.在同源染色體概念理解中的應用

以人為例，提出疑問：人的精子與卵細胞中含有的23條染色體能否稱作11對半？通過分析，指出這23條染色體形態大小都不相同，不能成對，編為1～23號。當精子與卵細胞結合后，受精卵中就有了23對染色體，這23對染色體每對都是一條來自父方，一條來自母方，如父方給一個1號染色體，母方給一個1號染色體，正好湊成一對，依次類推，受精卵中共有23對這樣的染色體，一條來自父方，一條來自母方，形態大小相同，這樣的染色體稱為同源染色體。結合圖解分析有絲分裂的意義是分裂前后染色體保持恒定，于是受精卵經有絲分裂形成的體細胞、精原細胞和卵原細胞中理論都含有同樣的23對同源染色體。提出疑問：精子和卵細胞中還有同源染色體嗎？再結合本節中的問題探討推導出，減數分裂過程中重要變化：一定發生了同源染色體的分離。

3.在減數分裂與受精作用意義理解中的應用

通過分析圖解學生很容易理解減數分裂與受精作用在維持生物前后代染色體數目恒定中的重要意義。

（三）建構數學模型，揭示問題本質

數學模型是指用來描述一個系統或它的性質的數學形式。如有絲分裂過程中DNA含量變化曲線、酶的活性隨pH變化而變化的曲線等。數學模型建構的一般步驟為：觀察研究對象，提出問題→提出合理的假設→根據實驗數據，用適當的數學形式對事物的性質進行表達→通過進一步的實驗或觀察等對模型進行檢驗或修正。

模型的建立過程就是一個科學探究的過程。在模型建構過程中使學生能從現象中揭示出本質和規律?？梢耘囵B學生的分析、推理與綜合的能力，便于學生迅速地理解新知識，從而提高了課堂教學有效性。

三、生物模型建構教學反思

（一）防止將模型與原型等同

模型是原型的一種抽象，是在一定條件和范圍內建立的，并不是原型本身。隨著對原型認識的不斷深入，模型需要不斷的“建構—解構—再構”。正如同生物膜的流動鑲嵌模型，它也是科學家在不斷地建構、解構、修正的基礎上提出的。

（二）注意在教學中教給模型方法

要引導學生認識模型是如何逐步建立的，怎樣檢驗和完善。防止只粗略地介紹模型的知識而忽視模型構建方法。

（三）生物新人教版教科書為模型構建提供了豐富的素材

生物教材中有許多典型的建模案例，如生長素的發現、生物膜的流動鑲嵌模型、血糖平衡調節的模型等，為培養學生的模型思維，提高建模能力提供了豐富的素材。因此，我們要充分挖掘這些范例，培養學生掌握和運用模型方法解決問題的能力。

總之，無論在科學研究還是在學習科學的過程中，模型和模型方法都起著十分重要的作用。在生物課堂中教師應引導學生順著科學的思路和方法去感知、去思索，從中領悟和形成運用模型建構方法解決問題的能力，在不知不覺中領略科學知識的真諦。