基于學科核心素養的高中生物模型構建的培養

王新棟 嚴雪梅 高雅

摘要：模型構建作為一種現代科學認識手段和思維方式，對解決生物學問題有著廣泛的應用價值和意義。筆者依據高中生物人教版2019教材內容，挖掘模型資源，對模型分類、培養模型思維能力的教學滲透，提高學生的思維能力。

關鍵詞：模型分類;思維;應用

基于生物學科核心素養，新高考將科學探究能力的考查列為重要內容，強調學生不僅掌握科學知識，更應該學習科學研究的一般方法。正如新課標所指出“要領悟建立模型等科學方法及其在科學研究中的應用”，學生在學習生物知識的過程中對生物模型的識別，在解決生物問題的過程中對生物模型的構建或還原，以及依據恰當的生物模型處理實際問題的能力。筆者依據高中生物人教版2019教材內容，挖掘模型資源，對學生進行模型構建的教學滲透，培養學生的模型構建思維能力。

模型可分為物理模型、數學模型、概念模型和思維模型等四種類型。

一、物理模型

物理模型，是以實物或圖畫形式直觀地表達認識對象的特征。學生在學習生物學科之前已從其他學科的學習中獲得過一些模型知識，物理模型讓學生真正體驗到了模型之實，因此要讓學生親自動手做一個實物模型就是最好的感知。

案例1：（2019人教版必修1P57）嘗試制作真核細胞的三維結構模型

通過真核細胞結構實物模型的制作活動，引導學生思考、合作、討論，根據自身的知識經驗主動地去建構模型，親手參與制作、觸手可及的實物模型足以讓學生對模型及模型的構建產生強烈的感性認識。隨著教學進展，生物膜模型、DNA雙螺旋結構的制作或教具展示將在不同階段對學生的模型意識加以鞏固強化。

二、數學模型

數學模型則是用符號、公式、圖象等數學語言表現生物學現象、特征和狀況，如種群的“J”形增長曲線等。相對于實物模型而言它們只停留于紙上，是“虛”的，還是比較抽象的，因此對模型這一新事物真正的認識和掌握應虛實結合。

高中生物教材中的數學模型

1.蛋白質的多樣性：20?n ，20表示有20種氨基酸，n表示由n個氨酸。

2.DNA分子的多樣性4n，4表示4種脫氧核苷酸，n表示DNA分子每條鏈上的脫氧核苷酸數

3.分離定律F1到F2：（D+d）2 D、d為一對等位基因，D+d表示親代產生的兩種配子基因，平方則表示雌雄配子的隨機結合。

4.自由組合定律（2019人教版必修2P10）旁欄思考：從數學的角度分析，9：3：3：1與3：1能否建立數學聯系？利用數學乘法定律（3：1）×（3：1）=9：3：3：1，即可推導出后代的性狀分離比。

案例2：（2019全國卷III·31）回答下列與種群數量有關的問題。

（1）將某種單細胞菌接種到裝有10 mL液體培養基（培養基M）的試管中，培養并定時取樣進行計數。計數后發現，試管中該種菌的總數達到a時，種群數量不再增加。由此可知，該種群增長曲線為______型，且種群數量為時______，種群增長最快。

（2）若將該種菌接種在5 mL培養基M中，培養條件同上，則與上述實驗結果相比，該種菌的環境容納量（K值）_________（填“增大”“不變”或“減小”）。若在5 mL培養基M中接種該菌的量增加一倍，則與增加前相比，K值_________（填“增大”“不變”或“減小”），原因是_________。

【解析】（2020人教版選擇性必修2P9）S形增長曲線的假設是：資源和空間是有限的，當種群密度增大時，種內競爭就會加劇，這就會使種群的出生率降低，死亡率升高。當死亡率升高至與出生率相等時，種群的增長就會停止，有時會穩定在一定的水平。

三、概念模型

概念模型：指以文字表述來抽象概括出事物本質特征的模型。如：對真核細胞結構共同特征的文字描述、光合作用過程中物質和能量的變化的解釋、達爾文的自然選擇學說的解釋模型等;尤其是在高三一輪復習中的知識網絡構建。

案例3：（2020人教版選擇性必修1P29）興奮在神經元之間的傳遞

教材用了很長的一段文字來描述這一過程，學生往往看了前面忘了后面，無法完整建構，難于理解掌握。在講解了神經沖動在神經纖維上的傳導的基礎上，應用模型工具，可以解決這一難題。

教師給出神經元之間通過突觸傳遞信息圖解，組織學生識圖、看書、討論，最終完成興奮在細胞間傳遞的過程模型圖。根據學生給出的不同答案進行分析、討論、完善?？偨Y：此案例從原型（教材文字信息）中提取出主干因素，用建構概念模型的方法將細胞間興奮傳遞的過程，使學生在對這塊知識認知簡單化，同時形成特有的模型思維方式。

四、思維模型

模型構建思維能力是指學生在學習生物知識的過程中對生物模型的識別，在解決生物問題的過程中對生物模型的構建或還原，以及依據恰當的生物模型處理實際問題的能力。

案例4：（2019人教版必修2P38）人的白化病是常染色體遺傳，正常（A）對白化（a）是顯性。一對表現型正常的夫婦，生了一個既患白化病又患紅綠色盲的男孩。

1.這對夫婦的基因型是______。

師：孟德爾在面對豌豆多對相對性狀時，首先對每一對相對性狀的遺傳分別進行研究.請同學們自己嘗試.

生：（學生動手）

師：白化病 A___ X? A___-----aa

（隱性突破法，得知雙親為Aa和Aa）;

紅綠色盲病 XBX_ X? XBY------XbY

（紅綠色盲遺傳特點，交叉遺傳，得知母親為XBXb）

母親基因型為AaXBXb 父親基因型為AaXBY

像上例得到的模型屬于思維模型，即孟德爾思想“復雜問題簡單化”，性狀一對一對進行研究，這是解決遺傳學問題的根本思想。

從以上案例不難看出，正確地識別、建構和還原生物模型的過程是解決生物問題的關鍵。教師要充分發揮主導作用，不斷地引導和強化訓練，有意識地培養學生拋開事物次要的非本質部分，將主要因素、相互關系、過程、狀態等以直觀的形式呈現，降低了認識客觀事物的難度，從感性思維上升到理性思維，不斷提高模型構建思維能力，達到提高學生的真正能力。

參考文獻：

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