生物学课堂教学模型构建例谈

郑艳玲

(江苏省南京市江宁高级中学 211100)

本文按照人教版高中生物学教材中关于模型的分类标准，通过生物学课堂教学实例，对物理模型、数学模型和概念模型的构建进行阐述[1]。

1 物理模型

1.1 概念及作用 物理模型就是根据相似原理，把真实事物按比例放大或缩小制成的模型，它可以模拟真实事物的某些功能和性质。由于物理模型要根据实物的形状、颜色、大小比例及特征来制作，能体现实物的自然顺序和自然位置，能真实、形象地反映研究对象，更加直观和形象地帮助学生熟悉对象的各个特征、微观结构的位置以及相互关系，甚至在演示模型过程中掌握生命现象的本质。同时，能训练学生的动手能力和立体形象思维。

1.2 实例：细胞膜的流动镶嵌模型的构建 教师提供相关资料和信息，以及实验材料(磷脂分子、蛋白质分子、糖分子的模型)，在此基础上，学生分析，自主构建细胞膜的结构模型，随着信息量的增加，不断修正和完善模型。具体步骤如表1。

表1 细胞膜的结构模型构建

通过自主建构细胞膜的流动镶嵌模型，学生对于细胞膜的成分和结构有更清晰的认识，能够更加深刻地理解细胞膜中各种成分的排布方式、结构与功能的相互关系，更好地体会科学探究的乐趣，以及思维的严密性，让学生更多地参与课堂活动。

2 数学模型

2.1 概念及作用 数学模型通过各种数学形式对生命现象量化，运用逻辑推理求解和运算达到对生命现象进行研究。数学方程式或坐标曲线作为描述一个系统或其性质的数学形式是联系实际问题与数学的桥梁，具有解释、判断和预测等重要功能。

2.2 实例：种群增长的J型曲线的模型构建 创设一定的问题情境，计算细菌的数量变化，并引导学生找出规律将表格信息转化为数学方程式或坐标曲线，用更加直观的数学形式表述细菌的数量变化(表2)。

表2 种群的数量变化模型构建

表3 计算一个细菌在不同时间(单位为min)产生后代的数量

通过具体的实例，向学生渗透一种方法，可以用数学的形式描述生物学问题。然后引导学生对种群的数量增长模型进行假设和建构。再用建构的模型解释生物学现象，并能够用于解决实际问题。用同法构建并分析种群增长的S型曲线模型，当种群数量为K/2时，种群增长速率最大，因此可用于指导生产实践：为了保护鱼类资源不受破坏，并能持续获得最大的捕鱼量，应使被捕鱼群的种群数量保持在K/2水平。防治有害生物，务必要及时控制种群数量，严防达K/2值处。

种群的数学模型是描述种群数量变动的主要手段之一，它不仅有助于概括各种生物因素和非生物因素与种群之间的相互关系，而且有助于了解这些因素是怎样影响种群动态的，可以使复杂的种群动态系统简化。同时，对某一时期种群大小进行预报，可达到阐明种群动态的规律及调节机制的目的。

从具体的生物现象与规律建立抽象的数学模型，又用抽象的数学模型来解释具体的生物学现象与规律，通过生物科学与数学的整合，培养学生简约、严密的思维品质。

3 概念模型

3.1 概念及作用 概念模型的建构把原本零碎的生物学知识归纳到一起，构成彼此联系的知识网络，简单的概念又蕴涵了丰富的信息，便于复习教学的展开。同时也有利于学生的复习记忆，进一步的提高归纳和综合能力。

3.2 实例：光合作用的过程概念模型构建 通过展示光合作用的过程发现科学史，学生分析光反应、暗反应的过程、场所，逐步构建光合作用过程的模型(表4)。

表4 光合作用过程的模型构建

学生解读科学家实验的过程，实际上是一种整理相关概念、梳理概念和厘清概念关系的过程。根据表4，学生可将光合作用的过程中涉及的物质变化，用文字、符号等逐步呈现出来，再用一定的连接词表示物质之间的关系，从而构建概念模型(概念图略)。这样，有助于学生更加清晰各物质变化之间的内在联系，理解光合作用的实质，对于光合作用的过程有更加系统的认识。由于模型是学生自主构建，所以印象更加深刻。