生物学教学中模型建构及应用

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1、生物学教学中模型建构及应用周雪峰（江苏省常州高级中学213003）摘要本文通过对教学中物理模型、数学模型、概念模型的含义、特点及其建构方法、教育教学价值进行分析，探索提高生物科学素养的有效教学途径。关键词生物学教学模型建构应用模型是人们为了某种特定目的而对认识对象所作的一种简化的概括性的描述，是科学研究中对复杂事物的一种简单的描述方法，这种描述可以是定性的，也可以是定量的。有的借助于具体事物形象化的手段，有的则通过抽象的形式来表述[1]。通过模型，抓住事实的最主要的特征和功能，以简化的形式去再现原型的各种复杂结构和功能，它是连接

2、理论和应用的桥梁，可以帮助人们认识客观世界中最本质的东西，以便预测和指导实践。生物学研究中通常建构的模型包括物理模型、数学模型和概念模型等。1物理模型物理模型以实物或图画形式直观地表达认识对象的特征。其最显著的特点是形象直观。在教学过程中通过模型建构与展示，不仅有利于加深学生对所学知识的记忆、理解，而且也能引导学生进行发散思维，提高学生的探究能力，学会科学研究的基本方法。通过物理模型教学还能够提高学生学习的兴趣，培养科学精神与价值观。建构物理模型的前提是以客观事实为依据，删繁就简，去伪存真。在建构物理模型前需要通过观察、统计、实

3、验、查阅研究史料等方法掌握模型对象的特征，寻找合适的模型展示方式，选择恰当的模型建构材料。在建构过程中，遵循先大后小、先简后繁的原则，由表及里、先框架后细节进行逐步建构。初步建构完模型后，还需要进一步审查模型的科学性和美观性，并在此基础上进行进一步修改完善，从而力求客观真实反映认识对象的特征。在《高中生物课程标准》中将尝试建立真核细胞的模型作为学习细胞结构的具体内容标准，在遗传的分子基础部分建议开展制作DNA分子双螺旋结构模型的活动[2]。在教学过程中，教师在介绍建构物理模型方法和过程的基础上，应该着重引导学生创新思维，自己动手

4、，科学而有创造性的建构物理模型，在学生5建构好模型后，还应注意开展交流，在突出基础知识的同时，表扬学生的活动成果。笔者在教学过程中尝试以小组合作的方式，要求学生在课后制作真核细胞模型。各组学生对教材提供的案例进行分析，找出其优点与不足，然后提出自己的创新思路，在得到教师的肯定后，进行分工，有的负责查阅资料，有的负责收集材料，还有的负责联系制作场地。在制作的过程中，又不断发现新问题，如细胞器的大小比例、相对数量是否科学？如何固定细胞器？模型如何保存较长时间等等。通过研读专业资料、相互讨论，大家完成的作品五花八门，有的用海绵作为基质

5、，将塑料、木条、纸板、布、铁丝等生活中的废弃物进行加工，制作出了极富想象力的模型，还有的用柚子、葡萄、香蕉、苹果等常见水果为主要材料做出了“水果型真核细胞模型”，学生学在其中，乐在其中。最后在班级中开展模型展示与评比，各组汇报的学生不仅向大家阐述了其小组制作的模型的科学性、美观性、创造性，而且对其他同学提出的疑问进行了现场答辩，许多同学还进一步谈到制作过程中组内同学深切的体会与感受，实现了学习的合作与共享。学生亲身体验模拟制作“细胞”的立体结构模型有助于在现有的实验条件下让细胞变“微观”为“宏观”，能更好地构建他们完整的知识体系

6、[3]。通过建构模型达到的教学效果绝不是传统的教师讲授法所能实现的。建构物理模型是实现有效教学的方法之一，物理模型有静态物理模型，还有动态物理模型，在教学过程中不能仅局限于课程标准中提到的内容，教师还需要深入研究教学内容，创造性开展这一活动，笔者在教学中还引导学生制作了蛋白质结构模型、细胞膜结构模型、物质跨膜运输模型、有丝分裂模型、生态系统模型等，收到了较好的教学效果。2数学模型数学模型是指为了某种目的，用字母、数字及其它数学符号建立起来的等式或不等式以及图表、曲线、框图等描述客观事物的特征及其内在联系的数学结构表达式。如“J”

7、型、“S”型种群数量变化曲线、符合孟德尔遗传规律的子代性状分离比等。数学模型建构的基础是数学方法，基于其学科交叉的特征，对于学生来说具有一定的难度。教师在教学过程中引导学生建构数学模型，有利于培养学生透过现象揭示本质的洞察力。同时，通过科学与数学的整合，有利于培养学生简约、严密的逻辑思维品质，可使一些重、疑、难点化繁为简，既深化对知识5的理解，又培养学生的数学思维能力。数学模型建构的一般步骤为：观察研究对象，提出问题→提出合理的假设→根据实验数据，用适当的数学形式对事物的性质进行表达→通过进一步的实验或观察等，对模型进行检验或修

8、正[4]。数学模型的构建过程不仅需要学生掌握其步骤，还需要学生能够领悟归纳出其规律。在学习孟德尔发现的遗传基本规律时，可引导学生思考：如果同时考虑n对等位基因，那么F1自交后，F2表现型比例是多少呢？学生思考后认为，如果这n对等位基因的分离和组合是互不干扰的，那