论高中生物教学中的模型方法

广东省惠州市仲恺高新区仲恺中学 王书文

一、模型的概念与分类

模型方法是人们为了认识自然界中某一复杂对象（如非常庞大的太阳系或非常微小的细胞）或事物发生的过程、规律等，用形象化的具体实物或抽象的语言文字、图表、数学公式等对认识对象进行模拟或简化描述的一种方法。

模型的种类很多，一般所说的模型主要有物理模型、数学模型和概念模型等。以实物或图画形式直观地表达认识对象的特征，这种模型属于物理模型，如教材中真核细胞的三维结构模型、细胞膜结构的实物模型、沃森和克里克制作的著名的DNA双螺旋结构模型、减数分裂中染色体变化的模型、建构血糖调节的模型等；数学模型是用来描述一个系统或它的性质的数学形式，即用字母、数字及其他数学符号建立起来的等式或不等式以及图表、图象、框图等描述客观事物的特征及其内在联系的数学结构表达式，如用Nt=N0λt表示种群的“J”型增长；概念模型是指人们抽象出生物原型某些方面的本质属性而构思出来的理想化模型，如光合作用过程的图解、有氧呼吸过程的图解等；同一生物学概念可以用不同的模型来表示，只是侧重点各有不同，如种间关系中的共生关系可以用数学模型（图A）和概念模型（图B）两种模型分别来表示。

二、模型的建构

（一）以人教版高中生物必修一“尝试制作真核细胞的三维结构模型”为例，介绍建构物理模型的方法

1.实验方案的设计

（1）结构要完整

真核细胞（以动物细胞为例）的结构包括细胞膜、细胞质基质及其内含的各种细胞器，主要有线粒体、中心体、高尔基体、内质网、核糖体、溶酶体等，以及细胞核。

（2）材料要方便易得

在建立模型时，可选用琼脂（或明胶）做细胞质基质，用各色彩泥（有些地区可选用胶泥、面团儿）捏制各种细胞器，并固定于琼脂中，即可成为一个动物真核细胞的模型。

2.课前准备

（1）细胞质基质制备

将20g琼脂与800ml清水混合并加热至琼脂溶化，置于冰箱中冷凝约40分钟（也可置于室温下冷凝，时间需延长）。

（2）其他材料

1000ml的烧杯一个，玻璃棒，电炉，大头针若干（用来固定各种细胞器），直径约2㎜的塑料吸管若干（用来制作中心体）。

3.模型制作

制作模型时，科学性和准确性是第一位的，所以制作中各种细胞器的大小要成比例，核糖体是最小的，其他一些结构的参考数据：

溶酶体：直径0.2～0.8µm ；线粒体：直径：0.5～1µm，长度2～3µm；

中心体：直径0.2～0.4µm ；细胞核：直径：5～10µm

教材中没有指定具体的材料用具，也没有列出详细的活动步骤，给学生发挥各自的创造潜能留下充分的空间。这样既培养了学生的动手能力和学习兴趣，又加深了对细胞的复杂性、整体性、有序性和重要性的理解和掌握。

（二）以人教版高中生物必修三第65页“问题探讨”中的素材为例，介绍建立数学模型的一般步骤

（三）建构概念模型

对学生具有一定的难度，高中阶段不作要求，只要求学生能利用概念模型加深对知识的认识和理解就行，在此不再介绍。

三、模型方法的重要作用

物理模型具有强大的立体感，可以将抽象的知识直观化。既看得见又摸得着，给人印象深刻，有利于学生对微观科学知识的学习，培养学生的空间想象能力，加深学生对教材内容的理解和掌握。如DNA双螺旋结构模型，它以极其简单的形式显示了DNA结构这么复杂的事物，揭示了遗传的秘密，帮助学生理解了无法直接观察到的自然现象，理解生命的神奇；又如，学生参与制作减数分裂中染色体变化的动态模型，可以使学生深刻地理解同源染色体、非同源染色体、染色单体、DNA在减数分裂中的行为变化和数目变化，为遗传规律的学习打好基础。在建构模型的过程中，充分调动了学生的学习积极性和热情，课堂气氛活跃，学生学习愉快，在主动参与探究的过程中使抽象深奥的知识变得直观简单。

数学模型是发现问题、解决问题和探索新规律的有效途径之一，它在生物学中越来越表现出强大的生命力。引导学生建构数学模型，有利于培养学生透过现象揭示本质的洞察能力；同时，通过生物与数学的整合，有利于培养学生简约、严密的思维品质。如种群的“J”型增长曲线、种群的“S”型增长曲线、有丝分裂过程中染色体和DNA数目变化的坐标曲线等等，都是借助数学方法来分析生命现象，揭示生物体结构、生理代谢、生命活动及生物与环境相互作用等方面的本质属性，它具有鲜明的直观性、强烈的系统性、高度的概括性和独特的能力培养作用。不但能加深学生对知识的理解，还有利于培养学生多学科知识综合能力，改善思维方式，提高思维能力。

概念模型可以加深学生对生理过程本质的理解，化复杂为简单，化零碎为整体。如光合作用过程图解，反应物、生成物、反应条件、反应阶段等一目了然，使学生更容易掌握。

总之，模型方法是现代生物科学研究的重要方法。（人教版）普通高中课程标准实验教科书必修部分安排了5个模型建构活动，教师要让学生通过模型建构活动，理解模型方法的重要作用，让学生置身于探索科学现象、发现科学规律的活动中，更好地理解、掌握、巩固和运用生物知识，提高学生的观察能力、动手能力和创造力。