盧艷+羅充++孫中文+岳良舉

摘 要 通過對人教版高中生物必修教材中坐標圖模型分布情況進行分析，解讀其教學策略與實際運用，淺析坐標圖模型對生物學知識的教學價值。

關鍵詞 人教版 生物學教材 坐標圖模型 教學價值

中圖分類號 G633.91 文獻標志碼 B

坐標圖屬于數(shù)學模型，大致可分為三種：① 平面直角坐標圖（可細分曲線圖、折線圖、柱形圖）；② 變形坐標圖；③ 平面正三角坐標圖（三軸坐標系）?，F(xiàn)行的各版本高中生物教材中主要是以平面直角坐標圖出現(xiàn)居多，以坐標圖模型簡潔的形式反映生物體生命現(xiàn)象、規(guī)律與相關變量的內在聯(lián)系，從而要求學生能根據(jù)識圖和繪圖探索生物學知識間的相互聯(lián)系。下面以人教版高中生物教材為例進行分析。

1 人教版高中生物必修教材中坐標圖模型分布情況

人教版高中生物必修教材涉及的坐標圖模型有柱形圖、曲線圖和折線圖三種形式（表1）。

2 坐標圖模型解讀

2.1 柱形圖模型淺析

人教版生物必修教科書中的柱形圖一般是橫坐標表示類型，縱坐標表示數(shù)量或濃度，且對柱形圖運用的要求及難度逐步增加。

（1） 在識圖上：必修1主要是要求學生區(qū)分橫坐標的類型，隨著類型不同，縱坐標數(shù)量或濃度大小也就有所區(qū)別（如必修1P63資料分析，如圖1所示）；必修2則開始運用數(shù)據(jù)進行分析，對該類圖加以說明（必修2P13，如圖2所示）；必修3的圖形與前兩冊則截然不同，柱形圖的橫坐標不再是類型而是數(shù)量，縱坐標為百分率，涉及的問題難度也有所增加（必修3P86，如圖3所示）。

（2） 在用圖上：必修1要求學生識圖后，運用所得信息進行簡單的知識講解；必修2則是讀懂圖后，根據(jù)數(shù)據(jù)分析其所涉及的生物知識并回答問題（必修2P14的“技能應用”中某種蝴蝶純合親本雜交產生的1355只F2代性狀，對圖中數(shù)據(jù)分析，判斷顯隱性）；必修3對柱形圖開始在坐標軸左右排列，用圖時不僅要對坐標軸左右數(shù)據(jù)表示的內容清楚，還要看其變化趨勢（必修3P64兩個國家人口年齡組成圖），之后再根據(jù)題目要求作答。

（3） 在繪圖上：必修1和必修2涉及繪圖的只有曲線圖與折線圖，基本沒有柱形圖，必修3則要求根據(jù)表中數(shù)據(jù)繪制柱形圖，并找出柱形圖中數(shù)據(jù)的規(guī)律（必修3P131的“技能應用”繪制哺乳動物和鳥類受4種因素影響及比例柱形圖）。從這些現(xiàn)象可以看出柱形圖模型在生物學教學中的要求和難度是逐步增加的，教材的設計也符合學生認知心理學的發(fā)展。當學生經過學習以后，老師就可以根據(jù)情況要求學生做相應的練習進行鞏固。

2.2 曲線圖模型解讀

根據(jù)表1統(tǒng)計，人教版生物必修教材中柱形圖、曲線圖和折線圖數(shù)量比為8∶20∶9。可見曲線圖模型教學占有一定的優(yōu)勢，許多生物現(xiàn)象具有一定的規(guī)律性，需要用曲線圖讓讀者提取并分析信息找出規(guī)律，從而達到坐標圖模型教學的目的。對于坐標曲線圖這類題型解讀的關鍵可概括為八個字：識標、明點、析線、解面。

（1） “識標”：在曲線圖中，坐標分為橫坐標（自變量）和縱坐標（因變量），一般情況是因變量隨自變量的變化而變化。坐標軸上所示含義則是在識圖時必須掌握的部分信息，有時還會伴隨“單位”的出現(xiàn)。同時，需要注意坐標圖橫縱坐標上文字表示的內容。如：影響酶活性的溫度與pH的坐標圖看似很像，但因圖下面一個是“溫度”，另一個是“pH”，則曲線與橫縱坐標變化就會有區(qū)別，即過酸、過堿或溫度過高，會使酶的空間結構遭到破壞，使酶永久失活。溫度低可以降低活性，但不代表酶被破壞，失去活性。以上這些就會增加用圖的難度。

（2） “明點”：點在曲線圖中可表示生物體某個特定狀態(tài)下的生命活動或最適濃度下某物質的狀態(tài)。坐標中的一些特殊點（如：起點、終點、最高點、最低點、轉折點、交叉點等）所表示的生物學意義更是明點的關鍵（必修1葉綠素和類胡蘿卜素的吸收光譜，如圖4）。

（3） “析線”：即分析曲線的變化趨勢和走向。線條在坐標圖中主要反映的是事物的變化規(guī)律，一般由橫坐標變化引起縱坐標起伏，進而讓學生從中找出信息，分析線條趨勢，由定量數(shù)據(jù)轉化為定性的分析，從而歸納事物變化規(guī)律，得出結論，如圖5所示。

（4） “解面”：“面”就是對坐標中的曲線與坐標軸（或幾條曲線）所圍成的面積進行“圈地運動”，并理解該面積的生物學意義，分析其中所隱藏的信息。

2.3 折線圖模型明晰

折線圖其實與曲線圖有異曲同工之處，都可以表示因變量隨自變量的變化而變化，且有的曲線圖是由折現(xiàn)圖轉化而來的（必修3圖4-5某島嶼環(huán)頸椎種群數(shù)量的增長，“J”型曲線）。但針對特殊情況時，生物體生命活動只能使用特定折線圖來表示（必修2“受精作用”中“技能訓練——識圖和作圖：某種生物的精原細胞有絲分裂和形成精子過程中染色體數(shù)目變化”），如果用曲線圖就很難表示出數(shù)目具體變化情況與分裂期的關系。

當然折線圖模型也可以通過識標、明點、析線、解面（在折線圖中涉及很少）進行講解，步驟同曲線圖模型的解讀基本一致，不同在于要強調在橫坐標上具體某個點所對應的縱坐標的值，即數(shù)據(jù)分析的準確性要求更高。坐標軸上的文字信息、數(shù)據(jù)及“標”是不可輕視的，因為它們所隱藏的信息可能就是讀者容易忽略的關鍵點。

3 坐標圖模型對生物學知識解讀價值

通過對上述三種坐標圖模型在生物中的解讀和分析，不難看出它們之間既有內在聯(lián)系，又有各自的特點。對于在生物學科中的應用，它們都具有一定的研究價值。

3.1 對坐標圖模型進行圖文轉化，透過現(xiàn)象看本質

從人教版生物必修教材或一些資料書籍中，可以看到在知識的描述中，大段文字敘述已是“家常便飯”。面對這樣的情況，不止教師覺得繁瑣，很多學生更是感到“恐懼”。當學生面對大段文字敘述的題目時，通常他們都會被該形式給“嚇到”，便會產生“好難的”心理暗示，繼而放棄題目。

文字敘述轉化為簡單形式更利于學生接受。吳寧、雷霆文等在生物化學教學中對抽象概念教學法進行實驗，結果顯示圖表教學班級的學生對抽象概念的理解程度明顯高于常規(guī)文字教學班的學生。這在一定程度上體現(xiàn)了“文不如表，表不如圖”的道理?；仡櫛匦?講解抵抗力穩(wěn)定性和恢復力穩(wěn)定性時，教材用了一大段文字敘述，如果在此處插入一幅坐標圖（圖6），不僅把繁瑣文字簡單化，還會讓讀者從中分析，找出一些隱藏的信息。如，抵抗力穩(wěn)定性越強時，恢復力穩(wěn)定性越弱，兩力關系相反，但又共同維護生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性等。這樣可以幫助學生透過現(xiàn)象看本質，培養(yǎng)其洞察能力及嚴密的邏輯思維。

3.2 結合實驗與坐標圖模型，揭示事物變化規(guī)律

對于實驗結果的統(tǒng)計分析，學生通過繪制和剖析坐標圖，既可以深刻理解事物變化的規(guī)律，還可以加強對知識的理解。

如必修1“降低化學反應活化能的酶”，即根據(jù)實驗數(shù)據(jù)分析繪制不同條件下酶活性的坐標曲線圖（如圖7、圖8所示）。

學生在比較過氧化氫酶與Fe3+的催化效率的基礎上，探究溫度與pH對酶活性的影響，并通過實驗現(xiàn)象和數(shù)據(jù)統(tǒng)計，完成坐標曲線圖的繪制。這樣不僅培養(yǎng)了學生觀察和數(shù)據(jù)分析能力，也考查了學生動手實操能力。運用坐標曲線比單純的文字更形象地表明溫度和pH與酶活性之間的變化規(guī)律，而曲線的繪制是通過實驗得到的數(shù)據(jù)來完成，因而也更具說服力。

3.3 作為培養(yǎng)學生學科間知識遷移、相互交叉運用能力的教學工具

坐標圖作為數(shù)學模型，已在多個學科間作為教學策略和工具使用。物理學的拋物運動、力場分析等；化學的酸堿中和、反應前后各種量之間的關系等；生物學種群增長曲線（“J”、“S”型曲線）、物質跨膜運輸（番茄和水稻對礦物質運輸?shù)闹螆D）等；地理的氣溫曲線和降水柱狀圖、海水溫度、鹽度隨緯度變化圖等。這些學科基本都會涉及坐標圖模型的運用，因此學生可舉一反三，將本學科知識運用到別的學科領域。

【例1】 某反應的反應過程中能量變化如圖9所示（圖中E1表示正反應的活化能，E2表示逆反應的活化能）。下列有關敘述正確的是（ ）

A. 該反應為放熱反應

B. 催化劑能改變該反應的焓變

C. 催化劑能降低該反應的活化能

D. 逆反應的活化能大于正反應的活化能

分析：由圖像分析，反應物能量低于生成物能量，則該反應是吸熱反應；催化劑只能改變反應速率，不能改變該反應的焓變；催化劑改變化學反應速率就是降低了反應的活化能，所以C選項正確；圖象分析逆反應的活化能E2小于正反應的活化能E1。

【例2】 圖10中曲線I、Ⅱ分別表示物質A在無催化劑條件和有酶催化條件下生成物質P所需的能量變化過程。下列相關敘述正確的是（ ）

A. ab段表示在無催化劑條件下，物質A生成物質P需要的活化能

B. 若將酶催化改為無機催化劑催化該反應，則b在縱軸上將向下移動

C. 若僅增加反應物A的量，則圖中曲線的原有形狀均發(fā)生改變

D. 若曲線Ⅱ為最適酶促條件下的曲線，改變酶促條件后，則b在縱軸上將向上移動

分析：活化能定義是分子從常態(tài)轉變?yōu)槿菀装l(fā)生化學反應的活躍狀態(tài)所需要的能量，而酶能降低化學反應的活化能。由圖分析，ac段表示在無催化劑條件下，物質A生成物質P需要的活化能；若將酶催化改為無機催化劑催化，因酶的催化效率比無機催化劑高，則b在縱軸上應向“上”移動；若僅增加反應物A的量，則圖中曲線的原有形狀不發(fā)生改變；若曲線Ⅱ為最適酶促條件下的曲線，改變酶促條件后，酶活性降低，則需要更多的活化能，b在縱軸上將向上移動。

答案：D。

例1是化學催化劑知識的體現(xiàn)，例2則是生物學的酶活性與活化能的考查，兩者都是闡述催化劑對事物變化的影響，且坐標圖模型的類型也基本相同。當學生通過接觸到某一學科后，也會為其他學科知識的學習奠定基礎，這就培養(yǎng)學生知識遷移、交叉運用的能力。

4 使用坐標圖模型存在的問題及對策

坐標圖模型的運用并非萬能。首先，對于某些特定現(xiàn)象（質壁分離動態(tài)變化）或是裝置圖實操時（顯微鏡觀察幾種細胞），坐標圖模型的運用就顯得微不足道。此外圖表試題過于單調，基本上都是數(shù)據(jù)分析和坐標圖處理，如結構模式圖、實物圖以及一些概念圖等試題就很少涉及。但這些圖示也是考查學生對知識掌握程度和動手操作能力的關鍵。在新課改中這些圖形的出現(xiàn)體現(xiàn)了素質教育以全面發(fā)展人才為主的趨勢。針對這種情況，教師在教學時可以運用實物圖、動畫、動手操作及多媒體等演示，從而加深學生對知識點的學習和掌握。因此對于坐標圖模型的運用只是教學的一部分，需結合其他圖像的綜合運用才是教育發(fā)展的走勢。

其次坐標圖模型過于定性化，由于影響生物生命現(xiàn)象與活動的內外因素很復雜，給生物學基本規(guī)律的探索帶來了一定的難度。因此較多的坐標曲線圖僅從定性角度上分析自變量與因變量的關系，忽略了自身本質的變化規(guī)律，一味追求結果，失去了探究過程自身的意義。面對這樣的結果，教師可采取誤差分析，重復實驗，探索無關變量在其間起到的作用等方式處理，從而在一定程度上完善實驗。

當然目前為止，坐標圖模型在生物學中覆蓋了豐富的內涵和知識，是事物變化基本規(guī)律的體現(xiàn)，也是學生能力測試的反映。它不僅培養(yǎng)了學生圖文轉換的能力，考查了學生實際操作和分析事物變化規(guī)律的能力，還增強了學生交叉運用知識的能力。因此，教師應正確認識坐標圖模型，解讀好其教學策略與實際運用，從而體現(xiàn)出坐標圖模型對生物學教學的價值。

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