吳慶華 （湖北省荊州市教育科學研究院 湖北荊州 434020）

模型題答題例析

吳慶華 （湖北省荊州市教育科學研究院 湖北荊州 434020）

“獲得生物學基本事實、概念、原理、規(guī)律和模型等方面的基礎知識”是《普通高中生物課程標準（實驗）》(下簡稱《課程標準》)“課程目標”中知識目標的第一項。因此，有關(guān)“模型”的基礎知識是高中生物教學的重點內(nèi)容，在教學和評價中應予以重視?，F(xiàn)以高三年級4月大型調(diào)考“理科綜合·生物”的1道模型題為例，簡析學生答題存在的主要問題。

1 試題舉例

圖1為草原生態(tài)系統(tǒng)能量流動的圖解。其中A、B、C分別表示流入各營養(yǎng)級生物的能量，D、E、F分別表示各營養(yǎng)級生物未被利用的能量，G、H、I分別表示草、兔子和狼呼吸作用消耗的能量，J、K、L分別表示流入分解者的能量。請據(jù)圖回答下列問題：

圖1 草原生態(tài)系統(tǒng)能量流動的圖解

（1）構(gòu)成食物鏈最基本的概念圖可表示為____________（文字簡圖）。

（4）流入該生態(tài)系統(tǒng)的總能量中，流入到最高營養(yǎng)級能量最大值的數(shù)學模型可表示為_________（數(shù)學表達式）。

（2）（3）（5）略。

參考答案：（1） 生產(chǎn)者→消費者；（4） C=4%A。

2 試題的主要特點

（1）重點考查概念模型和數(shù)學模型的建構(gòu)。生物模型包括概念模型、物理模型和數(shù)學模型三類。第（1）（4）小題，重點考查了概念模型和數(shù)學模型的表達式，對分析、歸納和概括能力的要求高。

（2）聯(lián)系重點知識考查模型建構(gòu)的思維過程。本題考查的知識點是《課程標準》“生物3·穩(wěn)態(tài)與環(huán)境”中唯一的“應用層次”的具體內(nèi)容標準——“分析生態(tài)系統(tǒng)中的物質(zhì)循環(huán)和能量流動的基本規(guī)律及其應用”，突出了對重點知識的考查。

3 答題分析

3.1 成績分析

經(jīng)分析，該題的難度值為0.24，學生在答題時感到很難。其中第（1）（4）小題，學生感到特別難。

3.2 學生答題存在的主要問題

3.2.1 對生物模型的概念比較陌生

許多學生對生物模型的概念和類別都比較陌生。他們在解答有關(guān)模型的問題時，往往感到無從下手。3.2.2 對模型建構(gòu)的基本能力比較欠缺

學生對建構(gòu)模型所需要的基礎知識比較欠缺。第（1）小題，很多學生不能寫出正確的、具體的食物鏈“草→兔子→狼”。如：① 有的學生在食物鏈中寫入“分解者”，不知道研究生態(tài)系統(tǒng)能量流動的食物鏈主要是捕食食物鏈，由生產(chǎn)者和消費者之間的捕食關(guān)系而構(gòu)成；② 有的學生將食物鏈各環(huán)節(jié)連接的方式表示為“——”，而不是能量流動的方向“→”。同時，學生對基礎知識進行歸納概括的能力比較欠缺。如第（1）小題，很多學生將具體的食物鏈誤認為是食物鏈的概念模型，缺乏由具體食物鏈到食物鏈概念模型的歸納概括能力，即從“草→兔子→狼”到“生產(chǎn)者→初級消費者→次級消費者”再到“生產(chǎn)者→消費者”的歸納概括能力。

4 教學建議

4.1 學習課標，明確開展模型教學的要求和價值

在《課程標準》中，除“課程目標”對模型有明確的要求外，在“前言”有“領(lǐng)悟假說演繹、建立模型等科學方法及其在科學研究中的應用”“領(lǐng)悟系統(tǒng)分析、建立數(shù)學模型等科學方法及其在科學研究中的應用”的要求。在“內(nèi)容標準”的“生物1：分子與細胞”，列出了“嘗試建立真核細胞的模型”的具體內(nèi)容標準；在“生物2：遺傳與進化”，提出“學習有關(guān)概念、原理、規(guī)律和模型，應用有關(guān)知識分析和解決實踐中的問題”的要求，列出了“搜集DNA分子結(jié)構(gòu)模型建立過程的資料，并進行討論和交流”和“制作DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)模型”的活動建議，提出了“制作DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)模型”的案例；在“生物3：穩(wěn)態(tài)與環(huán)境”，列出了“嘗試建立數(shù)學模型解釋種群的數(shù)量變動”的具體內(nèi)容標準。在“實施建議”，提出了“關(guān)于生物體的結(jié)構(gòu)、實物或模型具有真實感和立體感，可以作為首選的課程資源；掛圖或投影片具有圖像清晰、有明確標注等優(yōu)點，可以在觀察實物或模型后用來進一步觀察和識別”等建議。高中生物的模型建構(gòu)活動，其主要價值是讓學生通過嘗試建立模型、體驗建立模型中的思維過程,領(lǐng)悟模型方法,并獲得或鞏固有關(guān)生物學概念。

4.2 研究教材，用好開展模型教學的載體

4.2.1 理解教材中模型的概念

教材是開展高中生物模型教學最重要的載體?，F(xiàn)行人教版高中生物教材對模型、概念模型、物理模型和數(shù)學模型等都作出了明確的定義。如“模型是人們?yōu)榱四撤N特定目的而對認識對象所作的一種簡化的概括性的描述，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”?！皩⒁唤M相關(guān)概念用線條和文字連接成圖形，直觀而形象地表示出這些概念之間的關(guān)系”，這種模型是概念模型?！耙詫嵨锘驁D畫形式直觀地表達認識對象的特征，這種模型就是物理模型?！薄皵?shù)學模型是用來描述一個系統(tǒng)或它的性質(zhì)的數(shù)學形式”等。教師可通過實例，引導學生參與分析的思維過程，加深學生對模型概念的理解。

4.2.2 用活教材中以模型呈現(xiàn)的知識

教材中絕大多數(shù)的知識都以模型的形式呈現(xiàn)。如光合作用的原理、孟德爾的豌豆雜交實驗和達爾文自然選擇學說的要點等所涉及概念的內(nèi)容，都是通過概念模型呈現(xiàn)。又如DNA分子的結(jié)構(gòu)、DNA的復制、基因的表達、遺傳規(guī)律的比例、基因頻率、種群密度調(diào)查、種群“J”型增長、生態(tài)系統(tǒng)能量流動規(guī)律等的計算，都是通過建立數(shù)學模型解決；而細胞和各種組織器官的立體結(jié)構(gòu)模型、DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)模型、生物膜鑲嵌模型、有絲分裂和減數(shù)分裂中染色體行為變化模型等，都是通過物理模型呈現(xiàn)。教材還專門設計有“模型建構(gòu)”欄目，對物理模型（必修1P54、必修2 P23、P50 和必修 3P26）、概念模型（必修 3P26）和數(shù)學模型（必修3P65）等模型建構(gòu)的一般方法進行指導。在課堂教學中，教師可結(jié)合這些模型，設計系列環(huán)環(huán)相扣的問題，以激發(fā)學生的興趣，啟迪學生的思維。通過從現(xiàn)象到本質(zhì)等一系列復雜的思維過程，教師引導學生主動參與構(gòu)建模型的探究過程，體現(xiàn)以理性思維為主線的模型教學的基本特征，讓教材中以模型呈現(xiàn)的知識“活”起來。

4.2.3 落實教材中以模型呈現(xiàn)的檢測題

人教版教材中每章結(jié)尾的自我檢測幾乎都設計有本章不同節(jié)相關(guān)內(nèi)容間聯(lián)系的概念圖（概念模型）練習，章、節(jié)結(jié)尾的練習和自我檢測等欄目設計的蛋白質(zhì)合成、遺傳概率和減數(shù)分裂配子類型計算等數(shù)學模型練習，以及必修1P69設計的課外制作物理模型練習等。在課堂教學中，教師可結(jié)合這些檢測題，引導學生梳理模型知識，反饋學生掌握模型的信息，在及時鞏固模型知識的基礎上，提升學生整體建構(gòu)模型的綜合能力。

4.3 優(yōu)化策略，培養(yǎng)學生模型建構(gòu)的能力

4.3.1 重視模型建構(gòu)的思維過程

教師要重視學生運用分析與概括、模型與建模和批判性思維等方法，引導學生主動參與模型建構(gòu)的思維過程。如解答第（4）小題的思維過程為：①流入每個營養(yǎng)級的能量是多少？流入草、兔子和狼等三個營養(yǎng)級的能量是流入該營養(yǎng)級的同化量，依次是圖中的A、B和C。②每個營養(yǎng)級能量的去向是怎樣的？將題干中能量流動的圖解轉(zhuǎn)化為圖2后可得，三個營養(yǎng)級能量的去向依次為：A=G+J+B+D、B=H+K+C+E和C=I+L+F。③每個營養(yǎng)級能量流動的傳遞效率怎樣計算？每個營養(yǎng)級能量流動傳遞效率的計算公式是：流入下一營養(yǎng)級的生物量÷流入該營養(yǎng)級的生物量×100%。根據(jù)題干要求“流入到最高營養(yǎng)級能量的最大值”，即能量傳遞效率取最高值20%，如B/A=20%，C/B=20%。則流入到最高營養(yǎng)級能量C的最大值與流入該生態(tài)系統(tǒng)能量A之間關(guān)系的數(shù)學模型為C=4%A。

圖2 轉(zhuǎn)化后的能量流動示意圖

4.3.2 加強模型教學的評價

評價在常規(guī)教學中具有導向作用。在課堂教學評價以及階段性和終結(jié)性教學評價中，教師要適當加大對模型教學效果的檢查力度。通過評價高中生物模型教學的效果，進一步調(diào)動廣大師生開展模型教學的積極性，培養(yǎng)學生模型建構(gòu)的能力，促進學生理性思維，進一步提升學生的生物學核心素養(yǎng)。

[1] 中華人民共和國教育部.普通高中生物課程標準(實驗)[S].北京：人民教育出版社，2015.

[2] 譚永平.高中生物學新課程中的模型、模型方法及模型建構(gòu)[J].生物學教學，2009，34(1)：10.

[3] 朱正威，趙占良.普通高中課程標準實驗教科書·生物·必修1分子與細胞[M].北京：人民教育出版社，2015：14，54.

[4] 朱正威，趙占良.普通高中課程標準實驗教科書·生物·必修3穩(wěn)態(tài)與環(huán)境[M].北京：人民教育出版社，2015：65.

文件編號：1003-7586(2017)10-0059-02