陳莎莎　李洪育

人教版高中生物必修1教材對模型的定義是：“模型是人們?yōu)榱四撤N特定目的而對認(rèn)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(dá)”?！睹绹鴩铱茖W(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》中的表述是：“模型是與真實物體、單一事件或一類事物對應(yīng)的而且具有解釋力的試探性體系或結(jié)構(gòu)”。關(guān)于模型的形式或種類，不同論著中的說法有所不同，人教版教材中將模型分成物理模型、概念模型、數(shù)學(xué)模型三種形式。

1 建構(gòu)物理模型，使知識形象化、直觀化、給力生物高效課堂

1.1 物理模型的概念及作用

物理模型是指以實物或圖片形式直觀地表達(dá)認(rèn)識對象特征的模型，既包括靜態(tài)的結(jié)構(gòu)模型，如人工制作或繪制的DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)模型、真核細(xì)胞的三維結(jié)構(gòu)模型、細(xì)胞膜的流動鑲嵌模型等；又包括動態(tài)的過程模型，如教材中學(xué)生動手構(gòu)建的減數(shù)分裂中染色體變化的模型、血糖調(diào)節(jié)的模型等。教師引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)物理模型可以使研究對象形象化、直觀化，使相關(guān)知識便于學(xué)生理解，在有限的教學(xué)時間完成更多的教學(xué)內(nèi)容，給力高效課堂。

1.2 物理模型給力生物高效課堂的實例

如人教版《遺傳與進(jìn)化》模塊中的“DNA分子的結(jié)構(gòu)”一節(jié)，重在引導(dǎo)學(xué)生模仿科學(xué)家建立DNA結(jié)構(gòu)的模型。在教學(xué)中，教師先引導(dǎo)學(xué)生復(fù)習(xí)DNA分子的組成單位——脫氧核糖核苷酸及其結(jié)構(gòu)組成；然后分發(fā)制作堿基、磷酸和脫氧核糖的材料如紙板、泡沫塑料，用訂書釘、大頭針代替氫鍵的連接物，DNA分子骨架的連接物用粗細(xì)適當(dāng)?shù)蔫F絲代替；由學(xué)生分組建構(gòu)4種脫氧核糖核苷酸的模型，隨后建構(gòu)脫氧核苷酸長鏈模型。在此過程中，教師提示脫氧核苷酸之間靠3′-5′磷酸二酯鍵連接，并糾正學(xué)生的錯誤。之后教師引導(dǎo)學(xué)生閱讀教材中P47～48的閱讀材料，讓學(xué)生知道當(dāng)時沃森和克里克據(jù)DNA衍射圖譜推算出DNA分子應(yīng)呈雙螺旋結(jié)構(gòu)，讓學(xué)生繼續(xù)建構(gòu)模型。最后再引導(dǎo)學(xué)生從材料中得到“DNA中堿基A與T配對，G與C配對”的信息，讓學(xué)生修改完成模型。建構(gòu)DNA模型的過程既讓學(xué)生高效率的學(xué)習(xí)DNA分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)特點，又培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新思維能力及合作探究能力。

在生物課堂上用到更多的是模擬實物的圖片物理模型，比如人教版必修一《分子與細(xì)胞》模塊中“探究酵母菌細(xì)胞呼吸的方式”一節(jié)中的圖片模型（圖1），此模型的建構(gòu)要注意兩個問題：① 設(shè)計了兩組實驗，一組探究有氧呼吸，一組探究無氧呼吸；② 該實驗?zāi)Ｐ偷脑O(shè)計遵循了單一變量原則、等量原則、對照原則。此模型可幫助學(xué)生在較短時間達(dá)成以下目標(biāo)，實現(xiàn)生物教學(xué)的高效課堂：① 判斷酵母菌的呼吸方式類型；② 判斷酵母菌的有氧呼吸和無氧呼吸是否都產(chǎn)生二氧化碳；③ 計算酵母菌有氧呼吸和無氧呼吸產(chǎn)生二氧化碳量的多少；④ 判斷酵母菌的有氧呼吸和無氧呼吸是否都產(chǎn)生酒精。

2 建構(gòu)概念模型，展現(xiàn)知識間內(nèi)在關(guān)系，助力生物高效課堂

2.1 概念模型的概念及作用

概念模型是美國康乃爾大學(xué)學(xué)者諾瓦克和戈爾提出的，也叫概念圖法，是以文字表述來抽象概括出事物本質(zhì)特征的模型。一般方法是將一系列相關(guān)概念置于方框或圓圈中，再以各種連線將相關(guān)的概念連接，是一種由概念節(jié)點和連線組成的結(jié)構(gòu)化表征，其中的連線則表示各種概念間的內(nèi)存邏輯關(guān)系。如蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)層次的表述、蛋白質(zhì)多樣性和生物多樣性的關(guān)系的文字描述、物質(zhì)跨膜運(yùn)輸方式的模型、現(xiàn)代生物進(jìn)化理論的概念圖、中心法則概念圖、內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)概念圖、種群基本特征概念圖、生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型等。概念模型可以使學(xué)生深入理解基礎(chǔ)知識，辨析知識點之間的聯(lián)系與區(qū)別，使知識結(jié)構(gòu)化，同時有利于培養(yǎng)學(xué)生的歸納、概括和語言表述能力。

2.2 概念模型助力生物高效課堂的實例

比如人教版《遺傳與進(jìn)化》模塊中的“現(xiàn)代生物進(jìn)化理論”一節(jié)，涉及的新概念較多且比較難懂，與生活實際聯(lián)系不多，學(xué)生學(xué)習(xí)起來晦澀難懂，教師的講解也比較枯燥。借助于概念模型的構(gòu)建（圖2），學(xué)生會明確現(xiàn)代生物進(jìn)化理論核心內(nèi)容的相互關(guān)系。該模型內(nèi)容簡單，各觀點間的相關(guān)關(guān)系明了，易于學(xué)生掌握。通過對生物學(xué)核心概念的探究和學(xué)習(xí)，能有效提高學(xué)生對生物學(xué)知識的認(rèn)知能力、理解能力及創(chuàng)新運(yùn)用能力，切實提高生物教學(xué)效率，助力生物高效課堂。

再比如人教版《分子與細(xì)胞》模塊中“生命活動的主要承擔(dān)者——蛋白質(zhì)”一節(jié)，關(guān)于蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)層次的講解中新的概念名詞較多，如果單純用文字描述講解，學(xué)生一定感覺非常的凌亂且搞不懂各層次之間的關(guān)系。如果教師用概念圖的形式（圖3）呈現(xiàn)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)層次，可以非常清晰地將各概念的關(guān)系展現(xiàn)在學(xué)生面前，對學(xué)生的學(xué)習(xí)起到事半功倍的效果。

3 建構(gòu)數(shù)學(xué)模型，揭示問題本質(zhì)、打造生物高效課堂

3.1 數(shù)學(xué)模型的概念及作用

數(shù)學(xué)模型是指用來描述一個系統(tǒng)或它的性質(zhì)的數(shù)學(xué)形式，是聯(lián)系實際問題與數(shù)學(xué)的橋梁，具有解釋、判斷、預(yù)測的功能。數(shù)學(xué)模型建構(gòu)的一般步驟為：觀察研究對象，提出問題→提出合理的假設(shè)→根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，用適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)形式對事物的性質(zhì)進(jìn)行表達(dá)→通過進(jìn)一步的實驗或觀察等對模型進(jìn)行檢驗或修正。比如種群增長規(guī)律的數(shù)學(xué)模型、基因頻率與基因型頻率計算的數(shù)學(xué)模型、蛋白質(zhì)相關(guān)計算，遺傳病發(fā)病率計算的數(shù)學(xué)模型，DNA分子復(fù)制中有關(guān)計算等。教師引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)數(shù)學(xué)模型，有利于學(xué)生透過現(xiàn)象解釋本質(zhì)的洞察能力。

3.2 數(shù)學(xué)模型打造生物高效課堂的實例

比如人教版《遺傳與進(jìn)化》模塊中DNA分子復(fù)制中的有關(guān)計算。若一親代DNA分子含有某種脫氧核苷酸m個，經(jīng)過n次復(fù)制需要消耗該脫氧核苷酸數(shù)為m×（2n-1）個，第n次復(fù)制需要消耗該脫氧核苷酸數(shù)為m×2n-1個。

【例1】 一個DNA分子中有1 000個堿基對，其中腺嘌呤占堿基總數(shù)的20%，如果連續(xù)復(fù)制兩次，需要游離的胞嘧啶脫氧核苷酸的總數(shù)是（ ）

A. 600 B. 1 200 C. 1 800 D. 2 400

再比如人教版《遺傳與進(jìn)化》模塊中遺傳病發(fā)病率計算的數(shù)學(xué)模型。該模型的建構(gòu)過程：假設(shè)某對夫婦的子代中患甲病的概率是m，患乙病的概率是n。則他們的子代中只患甲病的概率是m×（1-n），只患乙病的概率是n×（1-m），只患一種病的概率是m×（1-n）+n×（1-m）=m+n-2mn，兩病兼發(fā)的概率是mn，完全正常的概率是（1-m）（1-n），患病概率是1-（1-m）（1-n）。

【例2】 有一對表現(xiàn)型正常的表兄妹婚配，生了一個既有白化?。ɑ騛）又有色盲（基因b）的小孩。這位表兄妹再生一個小孩患兩種病的概率是（ ）

A. 1/16 B. 1/8 C. 1/32 D. 1/64

分析：此題的概率計算可以用乘法原則來解決。由表現(xiàn)型正常生出既有白化病又有色盲的小孩，可以推測父母的基因型分別為AaXBY、AaXBXb，他們再生一個小孩患兩種病的概率是1/4×1/4=1/16。

通過建構(gòu)數(shù)學(xué)模型可以對生命現(xiàn)象進(jìn)行量化，以數(shù)量關(guān)系描述生命現(xiàn)象，再運(yùn)用邏輯推理、求解和運(yùn)算等，達(dá)到對生命現(xiàn)象進(jìn)行研究的目的。在建構(gòu)過程中使學(xué)生能從現(xiàn)象中揭示出本質(zhì)和規(guī)律，可以培養(yǎng)學(xué)生的分析、推理與綜合的能力，便于學(xué)生迅速地理解新知識，提高學(xué)習(xí)效率，打造高效課堂。

建立模型的過程是一個科學(xué)探究的過程，可以讓學(xué)生置身于探索生物學(xué)現(xiàn)象、發(fā)現(xiàn)生命規(guī)律的活動中，在建立模型中，學(xué)會觀察和統(tǒng)計的方法、實驗的方法、歸納與演繹的方法、假設(shè)的方法等。教師在生物課堂中不斷進(jìn)行模型建構(gòu)思想的滲透，加強(qiáng)師生間的互動，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，在新授課、復(fù)習(xí)課、習(xí)題課中都可以靈活使用，能起到事半功倍的效果。endprint