例析通过构建模型帮助学生提炼生命观念

摘要：当下新教材的使用，生物课堂不再以传授知识为唯一目的，更需帮助学生形成科学的生命观念。将构建模型应用在课堂教学中，能让很多生命现象和生命活动在模型的解释下变得清晰明了。教师可采取构建物理模型、概念模型、数学模型的教学方法来处理新教材中相关内容，帮助学生形成正确的生命观。

关键词：新版教材;课堂教学;构建模型;生命观念

随着新课程教学的改革，高中教师需发展学生的核心素养：生命形成和发展的观念、科学发现问题解决问题的思维方式、科学设计实验探究和解决问题的能力以及现在及将来对社会所承担及履行的职责。将构建模型应用在教学上，比单纯的文字阐释更易理解，帮助学生提炼生命观念。

被动记忆背诵知识点，是难以深入研究生命问题，难以理解因果关系，难以构建知识体系。模型构建则需要主动对知识进行整合，对问题进行研究和理解，构建模型过程也是逐步形成生命观念过程。模型构建的一般步骤：现象观察，初步构建合适模型，通过实验检验，模型成立或修改。下面以2019版人教版高中生物教材有关内容为例，浅谈如何通过构建模型来帮助学生形成生命观念。

一、构建DNA双螺旋结构的物理模型来帮助学生形成“结构与功能观”

物理模型，即以实物或者图画形式直观地表达认识对象的特征。下面笔者通过学生制作的DNA双螺旋结构的模型过程，分析其意义。

1、DNA双螺旋结构物理模型构建过程

（1）原型分析： DNA结构：平面结构为两条单链反向平行;空间结构为双螺旋结构;基本骨架为一条链上相邻的两个脱氧核苷酸之间，通过脱氧核糖和磷酸交替连接而形成;两条链上相对的两个碱基形成氢键，并遵循G与C，A与T配对。

（2）模型准备：用黄卡纸剪出五边形卡片若干;粉卡纸剪出圆纸片若干;分别用绿和蓝色卡纸剪出长方形纸片若干，再将一端两角剪去;分别用红色和紫色卡纸片剪出长度较短的长方形纸片，将一端内侧剪掉一个三角，使凹面与前面的长方形凸出的尖角能吻合;曲别针若干;细长铁丝若干。

（3）模型制作：磷酸基团用粉圆纸片表示，脱氧核糖用黄色五边形纸片表示，腺嘌呤用绿色长方形带尖角纸片表示，鸟嘌呤蓝色长方形带尖角纸片表示，胞嘧啶用紫色长方形带凹面纸片表示，胸腺嘧啶用红色长方形带凹面纸片表示。曲别针分别作为普通化学键、磷酸二酯键、氢键。（1）五边形相对的一角与长方形纸片平的一端用别针连起来，将粉色圆纸片和黄色五边形相对的另一角用别针连起来，表示一个脱氧核糖核酸分子。（2）将一个连好的脱氧核糖核苷酸分子模型，与另一个连好的脱氧核糖核苷酸分子模型的圆纸片用别针相连，如此依次连接（3）将已连好的链，按照碱基互补配对原则连接互补链，将红色纸片与绿色纸片用别针相连，用细铁丝固定，将双链朝右手螺旋方向旋钮。

2.模型检验与调整

将制作好的模型与新版教材必修二48页到49页介绍完沃森和克里克构建DNA双螺旋结构过程的科学史的信息和50页關于DNA 图文介绍做比较，观察有无知识性偏差。

3、构建DNA双螺旋结构物理模型过程对学生形成“结构与功能观”的作用

“结构与功能观”指特定的结构必然有与其相适应的功能存在。学生在构建DNA物理模型中，可以深入理解与功能相适应的结构特点：（1）脱氧核苷酸连接成长链时，碱基排序千变万化，使得DNA能储存大量遗传信息，了解DNA多样性的含义。（2）DNA独特的双螺旋结构，使得结构非常稳定，碱基对位于内部，不会轻易突变。（3）一条已连接好的DNA单链为模板，按照A与T、G与C的配对原则，产生互补的子链，确保DNA能精确自我复制，与必修二55页DNA复制的过程联系起来。不过在特殊条件下，也可能发生复制出错，而出现变异，与必修二80页的基因突变联系起来。构建物理模型形成知识网，让学生提炼出“结构与功能观”的生命观念。

二、构建“血糖调节”数学模型对学生形成“稳态与平衡观”的作用

构建数学模型，就是从具体问题出发，归纳出抽象的数学模型来解释具体生命现象中的规律，再利用这个数学模型来解释其他具体的生命问题，检测其准确性和普遍性的过程。建立数学模型一般包括以下步骤：（1）确定调查对象，提出问题;（2）对问题提出合理假设;（3）进行试验，建构数学形式;（4）进一步验证或修正模型，。

1、血糖调节数学模型的构建过程

（1）提出问题：人进食后一段时间血糖浓度会如何变化？当长时间未进食血糖浓度如何变化？机体如何调节的呢？

（2）提出合理假设：健康人无论在运动还是安静状态，血糖浓度能维持平衡。血糖调节主要依靠胰岛素和胰高血糖素的作用。

（3）根据实验数据，建立数学模型：

通过测量，某人从早餐到中午12时期间血糖浓度和激素变化如下图所示：

（4）进一步实验，检验修正

血糖浓度变化有神经和激素调节，构建以下的数学模型：

结果显示，健康机体在不同条件下，血糖含量能在一定范围内波动，主要依赖于胰岛素和胰高血糖素的调节，构建的数学模型可以解释不同情况下的血糖维持相对稳定与激素调节之间的数学关系。

2、血糖调节数学模型的构建过程对培养学生形成“稳态与平衡观”的作用

学生构建数学模型过程中，学生会对生命系统保持“稳态与平衡”这一现象，理解的更具体更深入，从而树立“稳态与平衡观”。

自主构建模型，学生学会分析生命现象，对信息整合，解决真实情景下的问题，养成科学思维。有了对生命问题的深入思考，才会对生命本质有所感悟，提炼出核心的生命观念。

参考文献：

[1]朱正威、赵占良：生物学必修1《分子与细胞》（第1版），人民教育出版社2019年版，第50-51页，第57页。

[2]朱正威、赵占良：生物学必修二《遗传与进化》（第1版），人民教育出版社2019年版，第48-51页，第112-114页。

[3]张秀红，崔鸿，朱家华：美国高中生物学教材《Biology》体现学科核心素养的特色分析与启示[B].2018（34）：68-70。

作者简介：王培花（1991.11-）女，汉族，安徽省滁州市人，华中师范大学，生命科学，本科。单位：合肥六中，中二，生物新课程标准。