高中生物建模教学的模型分类

蔡方平

【摘 要】高中生物人教版教材中明确了物理模型、数学模型、概念模型三种模型的分类。为了实现教学特定目的，笔者将高中生物教学模型分为单目的模型和多目的模型。同时，对单目的模型的物理模型、数学模型、概念模型进行再分类，一是按模型组分关系分类，二是按模型表现形式分类，两种分类方法各有教学优势。

【关键词】模型分类；高中生物建模教学

高中生物人教版教材中明确了物理模型、数学模型、概念模型三种模型的分类，为高中生物建模教学提供了方便，但这种分类不能满足建模教学的深入研究。为了实现建模教学的特定目的，需对教材中出现的模型重新分类。笔者将高中生物教学中的模型分为单目的模型和多目的模型（即复合模型），根据模型组分关系和模型表现形式不同，对物理模型、数学模型、概念模型三种基本模型进行再分类（如图1所示）。

一、根据目的多少对模型分类

模型在高中生物教学过程中，已经远远超出了教材标明的模型分类意义。教学活动是一种具有特定目的的师生互动，根据高中生物课堂教学的特定目的（以发展核心素养为宗旨和突出生命观念形成等）需要解析模型、建构模型和利用模型。教学中的模型，有的能体现出单一的教学目的，有的能体现出多个教学目的。因此，笔者根据模型体现教学目的的多少，将高中生物教学中的模型分为单目的模型和多目的模型。

单目的模型包括概念模型、物理模型、数学模型。在教学过程中，可称单目的模型为基本模型，这对知识点的教学活动有特定的积极意义。概念模型的直接形式是概念图，画概念图是指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。物理模型是以实物或图画形式直观地表达认识对象的特征。数学模型是用来描述一个系统或它的性质的数学形式。

多目的模型是单目的模型特定意义的组合，在复习、练习以及有关问题解决时常常需要解析、建构和利用这类模型，多目的模型可称为复合模型。

二、根据模型组分关系的分类

为教学目的精细化、突出模型组分关系，笔者对单目的模型中的概念模型、物理模型、数学模型进行再分类。将概念模型分为概念内涵类模型、概念层级类模型、概念关联类模型（为教学方便可分别简称为内涵模型、层级模型、关联模型），将物理模型分为结构类物理模型、功能类物理模型、过程类物理模型（为教学方便可分别简称为结构模型、功能模型、过程模型），将数学模型分为数量变化类模型、数量比例类模型、数量比较类模型（为教学方便可分别简称为量变模型、比例模型、比较模型）。

内涵模型，是对某一概念所包含内容（即组成成分）建构形成的概念模型；层级模型，是对某一概念下有层级关系的组分而建构成的概念模型；关联模型，是对两个（或多个）概念因内容重叠而建构成的概念模型。结构模型，是突出某一生命系统结构层次中的某些结构而建构形成的物理模型；功能模型，是突出某一生命系统结构层次中对某些（某种）生理功能的描述而建构成的物理模型；过程模型，是突出生物的进化、调节以及实验操作等概括性描述而建构成的物理模型。量变模型，是对某一生命系统或它的性质以数量变化的形式描述而建构形成的数学模型；比例模型，是对某一生命系统或它的性质以数量比例的形式描述而建构形成的数学模型；比较模型，是对某一生命系统或它的性质以数量比较的形式（如表格数据等）描述而建构形成的数学模型。

三、根据模型表现形式的分类

教学是一种目的性很强的师生互动过程，在建模教学中，模型的直观表现形式具有重要的认知意义。根据模型表现形式，笔者将高中生物建模教学中的模型进行另一种方式的分类，即根据模型的直观表现形式，将概念模型、物理模型、数学模型进行再分类。概念模型分為树形类概念模型、集合类概念模型、辐射类概念模型（为教学方便可分别简称为树形模型、集合模型、辐射模型）；物理模型分为实物类物理模型、图画类物理模型、图解类物理模型（为教学方便可分别简称为实物模型、图画模型、图解模型），数学模型分为方程类数学模型、坐标类数学模型、表解类数学模型（为教学方便可分别简称为方程模型、坐标模型、表解模型）。

树形模型，是指概念图的表现形态类似树形的概念模型；集合模型，是指概念与概念之间内涵呈现集合图像关系而建构的概念模型；辐射模型，是指概念有关内涵（即模型组分）排列出的形状类似放射状图形的概念模型。实物模型，是指具体的生物整体、部分及其照片和特征性的物理模型；图画模型，是指以图片、图画呈现生命系统的结构和功能特征的物理模型；图解模型，是指包含一幅或多幅图画及其文字、符号所构成的图解，展现结构与功能，以及生理活动和实验操作而建构的模型。方程模型，是对某一生命系统或它的性质以方程式、反应式、表达式等形式描述数量关系而建构形成的数学模型；坐标模型，是指数量关系有明显的自变量和因变量关系，并以曲线、折线或柱状图等形式呈现的数学模型；表解模型，是指以图解、表格等形式呈现数据和数据关系的数学模型。

四、两种分类方法的教学优势

（一）概念模型的两分类优势

概念模型按组分关系分为内涵模型、层级模型、关联模型，按表现形式分树形模型、集合模型、辐射模型。前一种分类方法突出了母概念与子概念的内在逻辑关系，有利于梳理概念内涵和概念间的逻辑关系，以逻辑思维为重。后一种分类方法突出了母概念与子概念直观呈现关系，有利于直观感知概念的要素组成和存在关系，以直观形式为重。两种分类方法中的模型，都突出了每一个概念模型就是一个目的性强、而又相对完整的体系，概念的系统性特征表现鲜明，都有利于教学。

（二）物理模型的两分类优势

物理模型按特征分为结构模型、功能模型、过程模型，按表现形式分为实物模型、图画模型、图解模型。前一种分类方法突出了生命系统的结构、功能以及生理活动过程、实验操作过程特征，有利于梳理结构与功能相统一的关系、生理活动中生命系统各组分之间的协调关系，以及实验操作程序的内在逻辑联系，以生命系统和操作系统的各组分内在关系为重。后一种分类方法突出了生命系统的特征性（如模型原型实物、原模型单纯特征提取的图形、具有动态意义的原模型目的含义的图解）呈现形式，有利于直观化、形象化感知学习内容的重要组分及其关系，以直观、形象感知系统整体为重。两种分类方法各有侧重，但都有利于教学中对知识的理解和运用。

（三）数学模型的两分类优势

数学模型按数量组分关系分为量变模型、比例模型、比较模型，按数量呈现形式分为方程模型、坐标模型、表解模型。前一种分类方法突出了生命系统有关的数量组分关系特征（如数量变化、数量比例、数量比较等），有利于梳理自变量与因变量的关系、生命系统各组分的数量关系，以生命系统各组分内在数量变化和数量关系特征为重。后一种分类方法突出了生命系统有关数量关系的直观表现形式（如方程、坐标、表解等），有利于直观化、形象化感知所学内容有关的数量关系，以直观、形象感知数量关系的形式为重。两种分类方法只是侧重点不同，但都有利于教学中对有关数量以及数量变化知识的理解和运用。

【参考文献】

[1]人民教育出版社.课程教材研究所，生物课程教材研究开发中心编著.分子与细胞[M].人民教育出版社，2007年2月第二版：54