模型与建模

章江林

摘 要：在生物教学过程中，经常需要借助模型的作用。高中生物模型具有生动性特征，可以深化学生对生物知识的认识。为了提高高中生物教学效率，教师应该构建生物模型，增强学生的生物建模意识。具体探讨高中生物模型教学的必要性及举措，希望能为相关人士提供一些参考。

关键词：模型；高中生物；教学

进入新世纪以来，我国的教育事业不断发展，教学体制改革步伐不断加快。在高中教学体系中，生物学科占据重要位置。生物学科与现实生活紧密相连，只有优化生物教学质量，才能提高学生的认知能力。在生物学习过程中，模型建构非常必要。新课程标准将模型方法作为当代高中生必须掌握的科学方法之一，为了贯彻落实新课程标准的要求，高中生物教师应该在教学过程中发挥模型的重要作用。

一、高中生物模型概述

（一）物理模型

物理模型是高中生物模型的代表，这一模型的呈现方式为实物或是图画，可以概括知识点的总体特征。物理模型具有动静结合的特征，可以展示静态的物理知识点，如真核细胞的三维结构模型、细胞膜模型等，也可以展示动态的物理知识点，如染色体的变化模型、血糖调节的模型等[1]。

（二）数学模型

数学模型在高中生物学习中也较为常见，这一模型的呈现方式为数学形式。生物知识存在相互关系，很多生物知识点的关系都可以用数学关系式来表达。数学模型不仅能反映生物学现象、特征等，还能对生物实验数据进行科学处理。以坐标系建立为例，可以用曲线图来表示种族数量变化的种族“J”型和“S”型增长模型。

（三）概念模型

生物学科有许多概念，概念是生物学习的先导，学生只有把握生物学基本概念的内涵，才能建立科学的逻辑知识结构，对生物现象进行理解和阐释。概念模型可以对事物的本质特征进行概括，降低概念理解的难度。以光合作用概念教学为例，教师可以构建物质和能量变化模型，对光合作用过程进行阐释。概念图是常见的概念模型，不同级别的概念可以被放置在同一概念图之中，构建关于主题知识点的系统脉络。在章节学习后，经常要构建概念模型，从而将各个知识点串联起来。

二、高中生物教学构建模型的必要性

（一）提高学生自主学习能力

在教学体制改革的背景下，学生成为课堂的主体，教师需要尊重学生的主体地位，满足学生层次化学习需要[2]。学生渴求通过自我探索获得知识，发挥自身的主动性作用，因此教师应该为学生提供自主学习的机会，在潜移默化中提高学生的自主学习能力。生物知识点具有系统性特征，新旧知识存在紧密的关联性，概念之间存在逻辑关系。在生物课堂建构模型，引导学生树立建模观念，可以让学生自主分析知识点之间的联系，梳理理论知识的脉络。以概念模型为例，概念模型可以体现知识结构层次，凸显知识内隐关系；以物理模型为例，物理模型可以具化抽象知识，展示直观形象；以数学模型为例，数学模型可以凸显知识学习规律。通过模型建构，学生的主体地位可以得到尊重，学习方式也将得到改善。学生是建模的主体，也是学习的掌控者，在课堂上占据主动地位，在学习生活中应掌握主导权。因此，教师应该培养建模思维，开拓学生的学习潜能。

（二）提升学生自主探究能力

新课程标准对生物教学提出了更高的要求，教师应该引导学生进行自主探究，让学生通过自主探究获得收获。模型建构并不是一蹴而就的，学生需要以探究成果作为基准。只有充分理解知识内涵、形成逻辑条理，才能构建完整化、科学化的模型。同时，模型建构对学生探究能力的培养具有重要的反作用，可以指引学生的自主探究行为，提高学生的生物学习效率，加快学生的生物习题解析速度，培养学生严谨的科学态度[3]。

（三）促进教师学生交流互动

教师是学生的引导者，担任着为学生传道授业解惑的重要任务，只有发挥教师的引导作用，才能使学生攻克学习之路的障碍。在模型建构时，教师需要对教材内容进行挖掘，并分析学生的现实学习需要，根据学生现阶段的学习状况选择模型。在构建模型之后，教师和学生可以就模型内容进行分析和讨论。教师可以将模型建构方法传授给学生，鼓励学生自主构建模型，辅助物理学习工作。通过交流互动，师生之间的关系将更加紧密，学生的学习兴趣也将更浓厚。

三、高中生物模型教学实践举措

（一）利用模型巩固教学

在高中教学体系中，生物学科具有特殊性，和其他学科相比，生物学科的知识点较多，知识体系较为庞杂，很多学生在上课时间内无法吸收全部知识，需要在课后进行巩固练习。为了提高学生的复习效率，使学生对知识的重复学习更加高效，教师可以发挥模型的重要作用[4]。

比如，教师在讲细胞间信息交流的方式时，可以引导学生在课下自主建构与所学知识相关的模型。细胞间信息交流的方式一共有三种，第一是通过体液的作用来完成的间接交流；第二是相邻细胞间直接接触，通过与细胞膜结合的信号分子影响其他细胞；第三是相邻细胞间形成通道使细胞相互沟通，通过携带信息的物质来交流信息。由于细胞间信息交流方式具有抽象性，可以采用物理模型建构的方式，让学生将模型实物作为参照，认识细胞间信息交流的特征。

（二）通过模型学习新知

生物知识点存在相互联系，新知识可能与旧知识存在逻辑关联性，因此教师可以将学生的已有知识作为基础，引导学生构建模型学习新知识。在构建这一模型时，教师应该为学生提供具体引导，如该使用哪一类型的生物模型、利用什么条件构建模型等。

比如，教师在讲种群增长知识时，可以引导学生构建数学模型。在之前的学习过程中，学生已经掌握了一部分细胞增殖知识，因此可以画出数学的坐标图。为了深化学生对课程知识的理解，教师应该提出假设“细菌每20分钟繁殖一代”，并让学生把握增殖规律，得出公式N=2n，教师让学生分别计算出20分钟、40分钟、60分钟、80分钟、100分钟和120分钟的细菌数量，并根据计算结果绘制出曲线图，得到种群增长的“J”型增长曲线。根据细菌增长方程式，可以突出种群增长的方程式。

（三）构建模型带动讨论

在教学过程中，教师可以带领学生进行小组讨论，让学生与小组成员合作，共同完成生物模型的构建。高中学生容易出现注意力转移的情况，且受到思维定式的影响。小组讨论可以开拓学生的创新性思维，吸引学生的注意力，讓学生自主投入到模型构建中[5]。

比如，教师在讲生态系统成分的相关知识时，可以对学生进行分组，让学生讨论生态系统中的七大成分分别是什么。一些学生提出分生物环境，包括气候因子、光、温度等；一些学生提出生产者，包括绿色植物等；一些学生提出消费者，包括异养生物等；一些学生提出分解者，包括细菌真菌等。在学生集思广益后，教师可以让学生绘制出生态系统的成分结构模型图，如图1所示，并对学生的讨论结果进行补充。

（四）应用模型总结知识

高中生物包含的知识内容较多，仅仅以概念图形式进行知识整理是远远不够的，应该形成科学化的图文体系。教师在知识总结过程中，可以构建完整的概念模型，实现抽象知识的具象化和零散知识的系统化。比如，教师在讲物质跨膜运输方式的相关知识时，可以将物质跨膜运输作为主体，形成图2所示的概念模型，并以模型为引导带领学生开展复习工作。

综上所述，高中生物学习的难度较大，理论知识具有抽象性特征。为了深化学生对知识的理解，提高生物教学效率，教师应该构建生物模型，培养学生的建模意识。

参考文献：

[1]林秋映.论证式教学策略在高中生物科学史教学中的应用：以“生物膜的流动镶嵌模型”为例[J].中学生物学，2018，34（6）：3-4，63.

[2]周建成.高中生物模型构建教学的研究[A].十三五规划科研成果汇编（第六卷）[C].十三五规划科研管理办公室，2018（4）.

[3]陈金财.探究式教学的模型建构实践：高中生物“DNA分子的结构”教学案例[J].高考，2018（14）：38.

[4]张小亚.高中生物《稳态与环境》模块核心概念教学策略的应用研究[D].信阳师范学院，2018.

[5]辛华.核心素养下模型构建在高中生物教学中的应用效果分析[J].教师，2018（11）：22-23.

编辑 段丽君