模型题答题例析

吴庆华 （湖北省荆州市教育科学研究院 湖北荆州 434020）

模型题答题例析

吴庆华 （湖北省荆州市教育科学研究院 湖北荆州 434020）

“获得生物学基本事实、概念、原理、规律和模型等方面的基础知识”是《普通高中生物课程标准（实验）》(下简称《课程标准》)“课程目标”中知识目标的第一项。因此，有关“模型”的基础知识是高中生物教学的重点内容，在教学和评价中应予以重视。现以高三年级4月大型调考“理科综合·生物”的1道模型题为例，简析学生答题存在的主要问题。

1 试题举例

图1为草原生态系统能量流动的图解。其中A、B、C分别表示流入各营养级生物的能量，D、E、F分别表示各营养级生物未被利用的能量，G、H、I分别表示草、兔子和狼呼吸作用消耗的能量，J、K、L分别表示流入分解者的能量。请据图回答下列问题：

图1 草原生态系统能量流动的图解

（1）构成食物链最基本的概念图可表示为____________（文字简图）。

（4）流入该生态系统的总能量中，流入到最高营养级能量最大值的数学模型可表示为_________（数学表达式）。

（2）（3）（5）略。

参考答案：（1） 生产者→消费者；（4） C=4%A。

2 试题的主要特点

（1）重点考查概念模型和数学模型的建构。生物模型包括概念模型、物理模型和数学模型三类。第（1）（4）小题，重点考查了概念模型和数学模型的表达式，对分析、归纳和概括能力的要求高。

（2）联系重点知识考查模型建构的思维过程。本题考查的知识点是《课程标准》“生物3·稳态与环境”中唯一的“应用层次”的具体内容标准——“分析生态系统中的物质循环和能量流动的基本规律及其应用”，突出了对重点知识的考查。

3 答题分析

3.1 成绩分析

经分析，该题的难度值为0.24，学生在答题时感到很难。其中第（1）（4）小题，学生感到特别难。

3.2 学生答题存在的主要问题

3.2.1 对生物模型的概念比较陌生

许多学生对生物模型的概念和类别都比较陌生。他们在解答有关模型的问题时，往往感到无从下手。3.2.2 对模型建构的基本能力比较欠缺

学生对建构模型所需要的基础知识比较欠缺。第（1）小题，很多学生不能写出正确的、具体的食物链“草→兔子→狼”。如：① 有的学生在食物链中写入“分解者”，不知道研究生态系统能量流动的食物链主要是捕食食物链，由生产者和消费者之间的捕食关系而构成；② 有的学生将食物链各环节连接的方式表示为“——”，而不是能量流动的方向“→”。同时，学生对基础知识进行归纳概括的能力比较欠缺。如第（1）小题，很多学生将具体的食物链误认为是食物链的概念模型，缺乏由具体食物链到食物链概念模型的归纳概括能力，即从“草→兔子→狼”到“生产者→初级消费者→次级消费者”再到“生产者→消费者”的归纳概括能力。

4 教学建议

4.1 学习课标，明确开展模型教学的要求和价值

在《课程标准》中，除“课程目标”对模型有明确的要求外，在“前言”有“领悟假说演绎、建立模型等科学方法及其在科学研究中的应用”“领悟系统分析、建立数学模型等科学方法及其在科学研究中的应用”的要求。在“内容标准”的“生物1：分子与细胞”，列出了“尝试建立真核细胞的模型”的具体内容标准；在“生物2：遗传与进化”，提出“学习有关概念、原理、规律和模型，应用有关知识分析和解决实践中的问题”的要求，列出了“搜集DNA分子结构模型建立过程的资料，并进行讨论和交流”和“制作DNA分子双螺旋结构模型”的活动建议，提出了“制作DNA分子双螺旋结构模型”的案例；在“生物3：稳态与环境”，列出了“尝试建立数学模型解释种群的数量变动”的具体内容标准。在“实施建议”，提出了“关于生物体的结构、实物或模型具有真实感和立体感，可以作为首选的课程资源；挂图或投影片具有图像清晰、有明确标注等优点，可以在观察实物或模型后用来进一步观察和识别”等建议。高中生物的模型建构活动，其主要价值是让学生通过尝试建立模型、体验建立模型中的思维过程,领悟模型方法,并获得或巩固有关生物学概念。

4.2 研究教材，用好开展模型教学的载体

4.2.1 理解教材中模型的概念

教材是开展高中生物模型教学最重要的载体。现行人教版高中生物教材对模型、概念模型、物理模型和数学模型等都作出了明确的定义。如“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，这种描述可以是定性的，也可以是定量的；有的借助于具体的实物或其他形象化的手段，有的则通过抽象的形式来表达”。“将一组相关概念用线条和文字连接成图形，直观而形象地表示出这些概念之间的关系”，这种模型是概念模型。“以实物或图画形式直观地表达认识对象的特征，这种模型就是物理模型。”“数学模型是用来描述一个系统或它的性质的数学形式”等。教师可通过实例，引导学生参与分析的思维过程，加深学生对模型概念的理解。

4.2.2 用活教材中以模型呈现的知识

教材中绝大多数的知识都以模型的形式呈现。如光合作用的原理、孟德尔的豌豆杂交实验和达尔文自然选择学说的要点等所涉及概念的内容，都是通过概念模型呈现。又如DNA分子的结构、DNA的复制、基因的表达、遗传规律的比例、基因频率、种群密度调查、种群“J”型增长、生态系统能量流动规律等的计算，都是通过建立数学模型解决；而细胞和各种组织器官的立体结构模型、DNA分子双螺旋结构模型、生物膜镶嵌模型、有丝分裂和减数分裂中染色体行为变化模型等，都是通过物理模型呈现。教材还专门设计有“模型建构”栏目，对物理模型（必修1P54、必修2 P23、P50 和必修 3P26）、概念模型（必修 3P26）和数学模型（必修3P65）等模型建构的一般方法进行指导。在课堂教学中，教师可结合这些模型，设计系列环环相扣的问题，以激发学生的兴趣，启迪学生的思维。通过从现象到本质等一系列复杂的思维过程，教师引导学生主动参与构建模型的探究过程，体现以理性思维为主线的模型教学的基本特征，让教材中以模型呈现的知识“活”起来。

4.2.3 落实教材中以模型呈现的检测题

人教版教材中每章结尾的自我检测几乎都设计有本章不同节相关内容间联系的概念图（概念模型）练习，章、节结尾的练习和自我检测等栏目设计的蛋白质合成、遗传概率和减数分裂配子类型计算等数学模型练习，以及必修1P69设计的课外制作物理模型练习等。在课堂教学中，教师可结合这些检测题，引导学生梳理模型知识，反馈学生掌握模型的信息，在及时巩固模型知识的基础上，提升学生整体建构模型的综合能力。

4.3 优化策略，培养学生模型建构的能力

4.3.1 重视模型建构的思维过程

教师要重视学生运用分析与概括、模型与建模和批判性思维等方法，引导学生主动参与模型建构的思维过程。如解答第（4）小题的思维过程为：①流入每个营养级的能量是多少？流入草、兔子和狼等三个营养级的能量是流入该营养级的同化量，依次是图中的A、B和C。②每个营养级能量的去向是怎样的？将题干中能量流动的图解转化为图2后可得，三个营养级能量的去向依次为：A=G+J+B+D、B=H+K+C+E和C=I+L+F。③每个营养级能量流动的传递效率怎样计算？每个营养级能量流动传递效率的计算公式是：流入下一营养级的生物量÷流入该营养级的生物量×100%。根据题干要求“流入到最高营养级能量的最大值”，即能量传递效率取最高值20%，如B/A=20%，C/B=20%。则流入到最高营养级能量C的最大值与流入该生态系统能量A之间关系的数学模型为C=4%A。

图2 转化后的能量流动示意图

4.3.2 加强模型教学的评价

评价在常规教学中具有导向作用。在课堂教学评价以及阶段性和终结性教学评价中，教师要适当加大对模型教学效果的检查力度。通过评价高中生物模型教学的效果，进一步调动广大师生开展模型教学的积极性，培养学生模型建构的能力，促进学生理性思维，进一步提升学生的生物学核心素养。

[1] 中华人民共和国教育部.普通高中生物课程标准(实验)[S].北京：人民教育出版社，2015.

[2] 谭永平.高中生物学新课程中的模型、模型方法及模型建构[J].生物学教学，2009，34(1)：10.

[3] 朱正威，赵占良.普通高中课程标准实验教科书·生物·必修1分子与细胞[M].北京：人民教育出版社，2015：14，54.

[4] 朱正威，赵占良.普通高中课程标准实验教科书·生物·必修3稳态与环境[M].北京：人民教育出版社，2015：65.

文件编号：1003-7586(2017)10-0059-02