模型转换在高中生物教学中的应用

摘 要：本文总结归纳了平时教学、解题分析和综合復习等环节中模型转换能力的培养，对教学实践中的体会进行了反思和总结。

关键词：高中生物教学；模型转换；解题分析；综合复习

近年来，模型教学广泛应用数学、物理、化学和生物等课堂，并已经成为中学教学研究的一个热门课题。新课程背景下的《普通高中生物课程标准》也增加了模型建构等教学内容，建模思维和建模能力成为中学生必备的科学素养。因此，引导学生认识模型和熟悉模型，尤其在特定情景下进行模型转换，日益成为中学生物教师教学中的焦点。

一、 模型转换能力的培养

（一） 平时教学中培养模型转换意识

要进行模型转换，首先必须熟练掌握各种模型的构成以及各自特点。因此教师在平时教学过程中，必须引导学生去认识模型，分析模型，特别是教材中出现的几个典型的生物模型要重点讨论和讲解，如光合作用相关坐标曲线模型、DNA的结构模型和减数分裂染色体变化模型等，从而培养学生构建模型和转换模型的意识。例如：教学《细胞的增殖》中的“细胞周期”这一概念时，我要求学生选择用不同的模型来表示一个细胞周期。学生根据自己的爱好和特长先自主思考，然后再进行同桌间的讨论。汇报时，有的用一个圆来表示（图1），把细胞周期的连续性表现得淋漓尽致；有的用线段来表示（图2），简洁明了；有的用坐标曲线来表示（图3），能较好反映细胞周期中关键性物质DNA的变化；还有一些同学用柱形图表示（图4），更加直观，各期比例非常清楚。最后我要求学生总结和归纳各模型的优点，对各模型进行比较分析，找出相互之间的联系，以及如何进行相互之间的转换，从而培养模型转换的意识。

教学反思：模型转换意识的培养应贯穿于平时的点滴教学中，要引导学生自主地进行模型构建和模型转换，要结合学生的兴趣和个性特长开展教学活动。众所周知，学生在情绪、兴趣、注意、思维等诸多方面存在着差异，同一种方法不一定适合每一个学生。教师在开展模型转换教学时，要充分发挥学生的主体作用，尊重学生的个性、特征。让学生自由选择相应模型来解决实际问题，教师及时指导如何进行模型之间的转换，这样既培养了模型转换的意识，又能使学生获得最大限度的发展。

（二） 解题分析时运用模型转换方法

在解题过程中，有时会遇到题干很复杂很难理解的题目，学生读了几遍还是无法真正理解题目表达的意思，这时如果能够把复杂题干转换成一个概念图模型，用图解的方法把其动态变化的过程展示出来，会起到事半功倍的效果。

例题呈现：研究小白鼠的生命活动调节时发现：向小白鼠注射促甲状腺激素，会使下丘脑的促甲状腺激素释放激素分泌减少。对此现象的解释有两种观点，观点一：这是促甲状腺激素直接对下丘脑进行反馈调节的结果；观点二：这是促甲状腺激素通过促进甲状腺分泌甲状腺激素，进而对下丘脑进行反馈调节的结果。为探究原因，请根据以下实验材料和用具，设计实验思路，并预测实验结果。

（1）实验材料和用具：生理状态相同的小白鼠若干，各种相应手术、注射器材，适宜浓度的促甲状腺激素等（对相关激素的检测方法及相关手术过程不作要求）

（2）实验步骤：

①将生理状态相同的小白鼠平均分为A、B两组，测定两组动物血液中________的含量，取平均值。

②用手术器械将A组小白鼠的________（器官）切除，B组做相同的外伤手术，但不摘除此器官。

③ 。

④ 。

（3）请你预期实验现象并得出相应的结论。

（4）如果实验得到的结果既不支持观点一，也不支持观点二，请你再提出其他的观点。

解析：在改卷过程中，发现学生错误很多，得分率很低，各种错误解答五花八门。我经过整理后，作了细细的思考，努力寻找错误的症结所在，并且又找了一些同学进行交流和分析，终于找出了出错的主要原因：拿到这个题目，读完冗长的题干，不知道如何分析，无法理解题干所表达的意思。这时我及时地提示学生进行模型转换，引导学生把题干文字陈述转换成概念图模型再进行分析（图5）。学生马上发现整个题干的意思就变得清楚明了：该实验题要探究的问题无非是促甲状腺激素是直接抑制下丘脑的活动还是间接抑制下丘脑的活动。

图5 概念图模型

答案：（2）①促甲状腺激素释放激素 ②甲状腺 ③向A、B两组小白鼠注射等量的适宜浓度的促甲状腺激素 ④在相同且适宜的环境条件下培养一段时间，测定A、B两组小白鼠血液中促甲状腺激素释放激素的含量，取平均值。

（3）若A组小白鼠促甲状腺激素释放激素不减少（或增加），B组小白鼠促甲状腺激素释放激素减少，则支持观点二；若A组小白鼠和B组小白鼠促甲状腺激素释放激素都减少，且减少的量相等，则支持观点一。

（4）这是促甲状腺激素对下丘脑进行反馈调节，又通过促进甲状腺分泌甲状腺激素，进而对下丘脑进行反馈调节的结果。（其他答案合理也给分）

反思体会：概念图模型是把题干中文字和关键词由箭头等符号连接形成的一种模型图，它的特点是图示比较直观化、模式化，表达比较简明、清楚。它既能揭示事物的主要特征、本质，又直观形象、通俗易懂。概念图模型能较好地反映题干表述的意思，可将内隐的思维过程展现在学生面前，经过分析能迅速获得该变化过程的关键特点和规律，抓住各事物之间变化的本质原因，提高学生思维能力和解题能力。

（三） 综合复习时进行模型转换的分析

在细胞代谢的复习中，很多生理过程都依赖图、表和曲线等模型呈现出来。因此，在综合复习时进行模型转换教学是非常必要的。并且在教学中进行模型转换的分析不仅能提高学生对生理过程本质的直观认识，而且能领悟到生物模型的科学美，培养解决实际问题的能力，激发学生的创造性思维。

例如在代谢复习时出现下面这个模型：甲图表示某适温下植物叶肉细胞在光照强度分别为a、b、c、d时，单位时间内叶肉细胞CO2释放量和叶绿体O2产生总量的变化（单位略）。看到这个模型时，我没有直接要求学生去认识它，而是拿出了平时代谢教学中很熟悉的另外一个模型（坐标曲线图乙），通过设置一系列问题层层引导学生对这两个模型进行比较和分析：

问题1：甲图a点代表植株什么生理狀态？对应于乙图哪个点？学生回答：甲图a点表示光合速率为0，对应于乙图A点。

问题2：甲图b点和c点又代表植株什么生理状态？分别对应于乙图哪个点？经过一番思考与讨论，学生回答：甲图b点时，光合速率是3个单位，呼吸速率不变仍是6个单位，所以呼吸速率大于光合速率，对应于乙图AB之间的某个点（不包括A点和B点）；c点叶绿体O2释放量为6，叶肉细胞CO2释放量为0，代表光合速率等于呼吸速率，对应乙图中的B点。

问题3：甲图中d点对应于乙图中的C点吗？学生回答：不一定，从图中信息很难判断，可能是BC之间的点，也可能是C点以后。通过上述比较分析，能激发学生的思维，提高应变能力，使知识融会贯通，真正做到“懂一题，会一类”的效果。

教学体会：坐标曲线比较形象直观，能清晰地反映出随光照强度变化各阶段叶肉细胞CO2的数量变化以及叶绿体O2释放量的变化，把直方图模型转换成曲线模型后将两者进行比较分析，能培养学生模型转换的能力，掌握解答这类题目的方法，也增强了自身分析思维能力。

二、 实践中的几点想法

模型转换作为高中生物一种科学的思维方法，对学生知识、能力、情感态度的发展具有重要意义，该方法的要点是抓住题干中原模型的本质特征以及题目的客观要求，把复杂的原模型进行简化，以构建一个能解决题目客观要求的新模型，便于学生解决许多实际的问题，更透彻地理解生物科学知识。在具体的教学实践中，笔者有以下几点想法：

（一） 运用的目的要明确

必须有利于学生对原模型的理解，这是解题中运用模型转换的前提条件。不能立足于表面和形式化，不讲究实效。不能只是了解模型转换的知识，不掌握模型转换的具体方法，造成学生只是学到肤浅的知识，没有真正提高能力。因此，通过模型转换教学，必须能增强学生对问题本质的认识，有效提高学生的解题能力，提高生物学素养。

（二） 授之以渔，让学生会学

俗语说得好“授人以鱼不如授人以渔”。因此，在教学中应该积极引导学生去理解、掌握和运用。以学生为教学的主体，是模型转换教学的核心，也符合新课程的理念。当题目呈现的材料或模型很难对该题进行分析时，及时引导学生进行模型转换，让学生主动地参与知识的运用过程。教师通过提出一系列问题，如进行哪种类型的转换；这样转换的优点；转换过程中应该要注意哪些问题等，通过让学生相互讨论，进行必要的思维碰撞，让学生学会模型转换的方法，认识到通过对各种模型的比较、分析和总结，找出知识的本质联系和区别，提高学习的能力。

（三） 不能把模型转换作为绝对真理去认识和运用

模型转换是在一定的条件和范围内操作的，运用时一定要注意条件或做一些必要的修改。且并不是所有的生物模型试题都需要进行模型转换，那些直接利用原模型就能轻松解答的生物试题是没有必要进行模型转换的。因此，模型转换作为高中生物教学一种重要方法，要用得恰当、合理，才能在生物试题解答中发挥其重要的作用。

参考文献：

[1]周雪峰.生物学教学中模型建构及应用[J].生物学教学，2010，35（2）：30-32.

[2]黄伟权.数学模型的常见类型和建构方法[J].生物学教学，2010，35（8）：20-21.

[3]周荷静.利用模型方法提高“蛋白质专题”的复习效率[J].生物学教学，2012，37（5）：26-27.

作者简介：

陶志坚，浙江省绍兴市，浙江省绍兴市柯桥区柯桥中学。