高中生物教学模型教学法的实际应用

万进涛

摘 要：给模型依次添加真实构件—即实际存在的限制因素—逐渐揭示这些因素所起到的作用，这就构成一条合理的逻辑线索，直到最终完成最接近自然状态的模型的填充。

关键词：高中生物；模型教学；建模过程

建模能力是高中生物教学所要求的能力目标，利用模型教学法对于培养学生思维作用非常显著。模型教学中应细致呈现建模过程，引导学生理解建模步骤，有所感悟和启发，获得认知提升的愉悦和美感。

一、关于模型的理解

用模型表达生物学概念和原理，模型作为载体，是来自于具体的抽象，是从真实对象和复杂系统中挖掘核心，剥离了有关元素与构件呈现出的本质属性和结构，具有一定的指导意义。模型具有解释上的普遍适用性，并可以根据具体事件和环境添加特定要素，再去指导对有一定独特性的事件或系统的考察研究。模型教学的基本教学目标正是使学生领悟这样的过程，让他们参与从实际到抽象，又再次从抽象到实际应用的过程，逐渐积累学习经历，形成基本的建模能力。

模型只是在理论上具有存在性，有假设性，但它必须具备合理的生物学内涵。既然它是合理的，就可以赋予其特定的生物学表现或者功能，真实系统中的要素不一定全部出现。

模型是抽象的，又是合理的，这样的模型当然不能完全解释真实的存在实体，但在逻辑上去掉诸多真实因素，就逐渐剥离出简化结构，也就是模型。因为没有实际的限制要素，我们可以赋予其运动变化，因此这个模型从其自我运动而言就是自由没有限制的，这正是理论意义的模型。

应该让学生明白：一定程度上，模型和真实系统是脱离的，也就是模型在实际上是不存在的。

二、模型教学的逻辑线索

给模型依次添加真实构件—实际存在的限制因素—逐渐揭示这些因素所起到的作用，这就构成一条合理的逻辑线索，直到最终完成最接近自然状态的模型的填充。

教师在教学中应该着力呈现这样一个不断整合的认知历程，带领学生从复杂现象中走出，再返回去，从事实到理论，从抽象到真实。

不能要求学生立刻具有简化抽象的能力，应先教给学生简练模型，让学生迅速从纷繁事实里摆脱，跳出干扰。这种突然呈现出来的本质是能带来一定震撼的，引发“原来世界如此简单”的感叹，而随后一步一步加载填充，相关元素依次出现，模型变得充实，这过程好比从骨架搭建到肌肉和皮肤包埋，不啻是一件作品形成的流程，节奏分明，教学和认知相得益彰。

三、模型教学应用实例

1.自然选择在生物进化中的作用

先抽象出种群，抽象出种群的本质属性，即基因库，并以基因频率描述本质属性。然后剥离自然种群要素，如变异、迁移、自然选择等等。引导学生得出结论：该种群整体性状不变，从基因组成而言也是一成不变，即理想种群，理想种群不进化。进而再从基因频率的角度引导学生总结：各种基因型配子的比例不变，该种群从子一代开始A和a的基因频率不变，AA、Aa和aa的基因型频率也保持不变，在分子水平该种群不变化，即不进化。

教师引导学生先添加自然选择的要素，从食物和空间的限制，到交配随机性丧失，不同个体繁殖机会不同，不同基因遗传机会不同，再到敌害等出现，理想种群面临一个又一个压力，逐渐接近自然种群，这样，学生对于自然选择导致的存活和繁殖机会的差异性理解便逐渐由抽象变得感性。

而如何再深入基因频率的定向变化呢？

这又需要一次建模，先引入变异，但在不存在自然选择的理想状态下，各种不定向的变异全部保留延续，这也会引起基因频率的改变，但是不确定的。当迁入、迁出、疾病、食物、空间等等自然选择的所有要素进入，自然选择直接作用于个体，把所有的选择压力看成一个限制元素，这个元素可引起个体间死亡或存活机会的差异，此结果再加以量化，即不同表现型按一定比例增减：AA和Aa每年增加10%，aa每年减少10%。计算种群每年的基因型频率，再推算基因频率，得出选择压力导致种群基因频率发生了定向改变的结论。

模型构建过程如下：

具体教学中模型结构过程呈现如下：

理想种群：基因型频率为AA Aa aa

基因频率为A：p a：q

基因频率之和p+q=1

随机交配

结论：基因频率不变，遵循遗传平衡，（p+q）2=p2+2pq+q2=AA+Aa+a=1

填充模型：AA：10% Aa：20% aa：70% A：20% a：80%

填充选择压力，并模型化：AA和Aa每年增加10%，aa每年减少10%

再模型化推演：假设种群数量为100，则AA为10个，Aa为20个，aa为70个。从第二年开始以后的变化模型应该是

结论：A的基因频率增大，a的基因频率减小。

2.种群数量增长模型的教学

首先，剥离后的模型从数学表达式和曲线图两方面可以建立如下形式：

数学表达式 理想种群数量增长的数学模型表为：Nt=N0λt

坐标曲线：理想状态呈“J”型增长。

这个剥离后的模型可以较为充分表现种群的繁殖增长趋势，数学曲线直观显示出种群内在的繁殖张力，学生眼见即能理解其持续的膨胀式增长。

模型剥离、填充和整合。

逐项填充食物、空间、天敌等环境条件，这些环境阻力也可以加以总和，模型化为环境阻力，以逐渐远离的虚线表现阻力的作用，仍以模型方式显示其对种群数量发展的实际影响，直到曲线由“J”型变为“S”型，曲线之间的差距范围正好直观体现环境阻力下淘汰的个体数量的相对多少。整个教学正是把一个个抽象的小模型整合为一个大的、综合模型的过程，以数学的语言阐述，直接又不失体现模型本身的理论高度。

模型精简与整合的教学流程有着显而易见的教学效果，能很好地促进学生理解动态体系的运行机制，提高思维和认知能力。

参考文献：

陶忠华.生物学模型教学探析[J].生物学教学，2006（08）.

编辑 孙玲娟