模型构建在高中生物教学中的应用

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建模法最早被用于数学与物理学科的教学，在高中生物课堂中，生物建模的主要作用是为了具象化生物学习的思维过程，加深学生对生物概念、原理的理解。在新课改背景下，生物建模作为一种科学高效的教学方法已经逐渐走入高中生物课堂，为生物教学注入了新鲜血液。通过生物模型的构建，学生得以建立全面的生物知识体系，有利于将教材中的知识点向学生个体转移。学生在建模法潜移默化的影响下，自身的操作技能、信息检索能力、实验探究能力都得到显著提升。

一、物理模型构建

物理模型指的是人们为了某种特定的目的而对认识对象的一种简化的概括性描述，通过图形和实物的帮助，来帮助学生们实现对认知对象的认识。在高中生物教材中，典型的物理模型包括DNA分子双螺旋结构模型、细胞膜的流动镶嵌模型和演示细胞分裂的橡皮泥模型。在实际生物教学中，教师不妨选取一些简单的模型，安排学生进行建模训练，加深学生对生物概念的理解。例如，在高中生物“几种细胞器的结构和功能”章节的教学中，教师可以要求学生仿照教材中的图片，利用橡皮泥、可乐瓶、乒乓球等器材来制作细胞器模型。在教师的分配下，有一组学生制作的是内质网模型，他们将橡皮泥压平后制作成褶皱的形状，在将模型上喷上色彩，简单的内质网模型即可建成。通过内质网物理模型的构建，学生们认识到，内质网是一种单层膜折叠体，是由生物膜构成的互相连通的片层隙状或是小管状系统。在进行物理建模的同时，教师可以及时利用学生们的思维火花，将内质网的功能、特性介绍给学生们。对于内质网而言，其是有机物的合成车间，也是蛋白质运输的通道。教师有时会惊奇地发现，学生们认识到内质网是蛋白质运输的通道，于是学生们会在制作的橡皮泥模型上制作很多小孔，这就是学生们思维火花迸溅的成果。为了达到生物教学的系统性，教师往往继续要求学生进一步深入，将内质网中的高尔基体和核膜也制作出来。通过物理模型的构建，学生们在生动有趣的建模过程中，对生物知识得到了更加深刻的认识，课堂氛围也到火活化。

二、数学模型构建

数学模型指的是结合生物教学的实际需求，利用数学规律、公式或数学图像来表达概念的一种模型。简言之，数学模型就是用来描述一个系统或是它的性质的数学形式。通过数学模型的构建，实现了生物与数学学科之间的联系性。在高中生物教学中，典型的数学模型包括J型（S型）变化曲线、酶活性影响曲线、细胞分裂周期等。数学模型实现了生物知识的量化，体现了科学知识体系的严谨性。例如，在高中生物“真核细胞分裂方式”的教学中，学生们往往难以理清有丝分裂和减数分裂的类型和特点，在此不妨利用数学模型来帮助学生理解这两种分裂方式。有丝分裂分为前、中、后、末期，不同阶段的DNA含量、染色体数量都发生变化。减数分裂则主要是针对生殖细胞，例如精子和卵细胞的分裂就属于减数分裂的类型。例如对体细胞的减数分裂，从精原细胞、初级精母细胞、次级精母细胞到最后形成的精子细胞过程。在减数分裂的过程中，染色体含量和DNA含量也是不断变化的，为了达到加深学生理解的目的，教师可以绘制如下的数学模型。这一系列的数学图形将有丝分裂和减数分裂的各个过程展示给学生们，有助于加深学生对这两种分裂类型的理解。从数学模型中，我们可以看出这两类分裂的区别：从起点和终点上来看，始末点处于同一水平位置的是有丝分裂，反之则是减数分裂。同时，利用下图还可以判断出染色体和DNA的曲线，倾斜线型即是DNA图形（因为DNA分裂需要一定的时间），若是突变，则是染色体的图线。

三、概念模型构建

概念模型，顾名思义，是利用文字的方式将生物学科的本质概念抽象出来，从而达到系统性教学的目的。高中生物教材中常见的概念关系说明图就是最典型的概念模型，例如教材中的自然选择学说章节的概念图、光合作用的过程以及能量变化关系、细胞器的共同特征等，都是利用概念模型构建生物知识的典型。尤其是在生物学科的复习阶段，概念模型是最直接高效的教学手段，教师必须合理利用。例如，在进行“胰岛素和胰高血糖素的血糖平衡调节”的教学中，教师不妨尝试利用概念模型进行辅助教学。在传统的教学方式中，教师会利用口述的方式进行教学：当人体血糖浓度下降或是胰岛素分泌增加时，会直接作用于胰岛A细胞，致使其分泌胰高血糖素；当血糖浓度上升或是胰岛素分泌降低，则会自动导致胰岛A细胞的分泌减少。这是胰岛素和胰高血糖素控制血糖原理，但是如此纯粹性的理论教学，学生们难以感兴趣。对此，教师为学生绘制了如下的生物概念模型，将整个控制过程利用概念之间的控制关系表示出来。在实际教学过程中，教师还为学生们带来了“糖卡、胰岛素卡、胰高血糖素卡”，安排学生进行血糖浓度变化的探究性实验。学生们分别在饭后和运动半小时后测量自身血糖浓度值的变化，了解人体的血糖平衡工作原理。在生物概念模型和课后探究实验的双重作用上，学生在该章节的课堂教学上表现得十分积极。在进行其他类似章节的生物知识教学中，教师也同样可以为学生们制作概念模型，帮助学生对生物概念达到更加深刻的认识。

四、结语

总之，高中生物模型构建的精髓在于教师的引导，教师必须为学生们创设有效的情境，将模型创建的过程的思路展示给学生们。只要帮助学生掌握模型制作的方法，才能真正达到模型构建在生物教学中的作用，促使学生们在实践探究的过程中不断提高自身的生物学科素养。

作者：蔡玉芹 单位：江苏省射阳县陈洋中学