浅谈如何有效地在高中生物教学中开展模型建构

摘要：随着生物核心素养的提出，模型和模型构建已经成为高中生物课堂教学的重要内容之一，本文主要对如何有效地在高中生物教学中开展模型建构进行分析。

关键词：模型建构;有效开展;步骤;丰富化

模型是人们为了某种特定目的而对认识对象所做的一种简化的描述，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。模型分三类：物理模型、概念模型、数学模型。模型在生物教学中涉及范围广，出现频率高，教学地位重要，值得仔细研究。

那么如何有效地在高中生物教学中开展模型建构呢？

一、明确模型建构的一般过程

1.概念模型的建构

概念模型是教师在课堂教学中利用一定的方法使学生掌握同类事物的共同本质属性过程，它将繁琐的知识系统化，有利于学生形成完整，清晰，系统，科学的知识体系，同时促进学生的理解与记忆。常常以概念图，网络图的形式出现。（1）梳理已有的概念，理解概念之间的关系。（2）画出初步关系图，并建立联系。关系可以用箭头，虚线和实线来表示，包含与被包含的关系可以用大括号方式来体现，专业术语名称可用方框或椭圆形圈起来。（3）在虚实线上表明概念之间的关系，关系描述力求简洁，明了，用词要恰当，一目了然，不能含蓄，正确为首要。（4）对概念图做进一步的检查与修正。

2.物理模型的建构

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。它能将复杂的知识简单化，更有利于学生的理解。以“重组DNA分子的模拟操作”为例来说明：（1）了解重组DNA分子的基本构造，DNA分子是由两条反向平行的脱氧核苷酸双链构成的，它有四种碱基是A.T.G.C.（2）制作基本原件，红色硬纸条上的字母代表目的基因，上有两个限制酶切位点，绿色纸条上的字母代表质粒环上的基因序列，上有一个相同的限制位点，剪刀和透明胶带。（3）了解各基本原件之间的关系，剪刀代表限制酶，用来切割目的基因与质粒环，胶带代表DNA连接酶，现在我们模拟将目的基因插入质粒环中。（4）按照相互关系连接基本原件，由于它们遵循碱基互补配对原则，所以按照A和T 配对，G 和T配对，将其连接在一起，呈现出目的基因—目的基因，目的基因—载体，载体—载体。（5）检验与修补，目的基因—载体才是我们所需的重组DNA。

3. 数学模型的建构

数学模型是用来描述一个系统或它的性质的数学形式。它是用字母，数字及其它数学符号建立起来的等式或不等式以及图表，图像，框图等描述客观事物的特征及内在联系的数学结构表达式。 构建步骤：（1）建模准备：掌握基因频率的计算方法，会熟练应用孟得尔的分离定律。（2）模型假设：假设昆虫的种群足够大，雌雄个体间都能自由交配，没有迁入迁出，自然选择不起作用，没有突变的发生。（3）建立模型：在上述条件下，种群的基因频率和基因型频率可以世代相传不发生变化，保持平衡，叫做哈代-温伯格定律，也叫遗传平衡定律。 设A的基因频率=p，a的基因频率=q ，p+q= 1 （ p+q ） 2 = p2 + 2pq + q2 = 1（4）模型检验：用孟德尔分离定律，根据亲代基因型频率计算配子A和a的比率，再计算出子一代AA，Aa，aa的基因频率，如此反复，推出子二代，子三代，看看基因频率与基因型频率是否是世世代代保持不变，最后带入公式，验证公式是否与计算结果相同（5）模型应用：找出2014年高考题的第一题，用来检测学生的掌握情况。

二、基于书本而高于书本

高中生物，教师建构模型就是基于书本，而教材设定的模型多是面向大众学生，比较基础和简单，为更好地理解内容的本质，更好地培养尖子生，教师要对模型进行拔高，完善模型，丰富模型进而拓展模型，使学生更加清晰，深刻理解内容。

如选修三《重组DNA分子的模拟操作》这节课中，我们要对重组DNA进行物理模型的建构，书本上所涉及的比较简单，最后重组的结果只是目的基因—目的基因，目的基因—载体，载体—载体这三种，而实际上错误方式不止两种，学生通过自己动手制作模型，发现有目的基因自身环化，载体自身环化，目的基因—载体反向插入等问题出现，如何解决这类问题呢，教师可引导学生用双酶切法，它能有效地避免自身环化，相对成功的概率更高，学生科通过再次建构，就更加明了。

三、模型建构的丰富化

物理模型建构材料的多样化：在高中生物课本中有很多物理模型，比如《细胞的亚显微结构》用的材料是画成的图片，《DNA双螺旋结构》用的材料是别针与塑料片，《真核生物三维结构模型》用的材料是橡皮泥等等，我们在指导学生进行模型建构的过程中，如果能有意识的引导学生运用多样化的材料进行模型构建，不仅可以提高学生的兴趣，也可以提高学生的探究意识和创新兴趣。比如，在构建“DNA的双螺旋模型”中，可以构建“人体模型”。

数学模型建构思维的拓展化：在构建数学模型的时候，老师不仅仅指导学生建立出相关的曲线图、方程式等，还应引导学生对建立的数学模型进行拓展，对同阶段知识进行串联，提高学生的逻辑思维能力。在必修三《种群数量的变化》中，教师有必要在引导学生建构J和S曲线时，进一步探究增长速率与增长率随时间的变化，另外，当我们把J与S曲线画在一个坐标图上，那么两者之间的差距又是什么？这样学生就理解什么是“环境阻力”，然后教师再加入达尔文的“生存斗争”，这有利于知识的联系。

概念模型建构内容的具体化：高中生物课本上有一些典型的概念模型，比如达尔文的“自然选择学说模型”，生态系统的结构等。因此，在模型构建中我们应着眼于课本中那些用大幅篇幅描述的内容，去构建出清晰的概念模型以助于学生對知识的理解，帮助学生找出其中的逻辑顺序。

四、同一内容模型形式的多样化构建

高中生物，很多知识抽象，艰涩难懂，模型建构能有效辅助学生理解实质，有的内容并不拘泥于某一种形式的模型建构，有的即便是建构了一种类型，形式也是大为不同，那么辅助学生建构多样化的模型，也可以增长见识，开拓视野。如种间关系这块内容，我们要建构捕食者与被捕食者的种群数量随时间的变化曲线，这是数学模型，我们也可以用大小圈与箭头来建构概念模型，再者，关于此处知识，即便是建构数学模型，建构的形式内容上也是千差万别的，如图甲和乙所示，均是描述捕食关系的数学模型，模型千变万化，只有你用心学习，便不足为惧。

最后，模型建构能丰富课堂教学，调动学生的积极性，教师应充分掌握教学目标，并与运用模型建构相匹配，才能更好地驾驭课堂，多用才能熟用精用。

参考文献

1 浅谈模型建构在高中生物学教学中的应用 尹虎军 期刊论文 《中学生物学》 2017-05

2. 浅谈高中生物课堂教学中模型构建的运用策略 郭智 期刊论文 《新课程·下旬》 2018-09

姚梦洁 河南省许昌高中