基于学科核心素养的高中生物模型构建的培养

王新栋 严雪梅 高雅

摘要：模型构建作为一种现代科学认识手段和思维方式，对解决生物学问题有着广泛的应用价值和意义。笔者依据高中生物人教版2019教材内容，挖掘模型资源，对模型分类、培养模型思维能力的教学渗透，提高学生的思维能力。

关键词：模型分类;思维;应用

基于生物学科核心素养，新高考将科学探究能力的考查列为重要内容，强调学生不仅掌握科学知识，更应该学习科学研究的一般方法。正如新课标所指出“要领悟建立模型等科学方法及其在科学研究中的应用”，学生在学习生物知识的过程中对生物模型的识别，在解决生物问题的过程中对生物模型的构建或还原，以及依据恰当的生物模型处理实际问题的能力。笔者依据高中生物人教版2019教材内容，挖掘模型资源，对学生进行模型构建的教学渗透，培养学生的模型构建思维能力。

模型可分为物理模型、数学模型、概念模型和思维模型等四种类型。

一、物理模型

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。学生在学习生物学科之前已从其他学科的学习中获得过一些模型知识，物理模型让学生真正体验到了模型之实，因此要让学生亲自动手做一个实物模型就是最好的感知。

案例1：（2019人教版必修1P57）尝试制作真核细胞的三维结构模型

通过真核细胞结构实物模型的制作活动，引导学生思考、合作、讨论，根据自身的知识经验主动地去建构模型，亲手参与制作、触手可及的实物模型足以让学生对模型及模型的构建产生强烈的感性认识。随着教学进展，生物膜模型、DNA双螺旋结构的制作或教具展示将在不同阶段对学生的模型意识加以巩固强化。

二、数学模型

数学模型则是用符号、公式、图象等数学语言表现生物学现象、特征和状况，如种群的“J”形增长曲线等。相对于实物模型而言它们只停留于纸上，是“虚”的，还是比较抽象的，因此对模型这一新事物真正的认识和掌握应虚实结合。

高中生物教材中的数学模型

1.蛋白质的多样性：20¬n ，20表示有20种氨基酸，n表示由n个氨酸。

2.DNA分子的多样性4n，4表示4种脱氧核苷酸，n表示DNA分子每条链上的脱氧核苷酸数

3.分离定律F1到F2：（D+d）2 D、d为一对等位基因，D+d表示亲代产生的两种配子基因，平方则表示雌雄配子的随机结合。

4.自由组合定律（2019人教版必修2P10）旁栏思考：从数学的角度分析，9：3：3：1与3：1能否建立数学联系？利用数学乘法定律（3：1）×（3：1）=9：3：3：1，即可推导出后代的性状分离比。

案例2：（2019全国卷III·31）回答下列与种群数量有关的问题。

（1）将某种单细胞菌接种到装有10 mL液体培养基（培养基M）的试管中，培养并定时取样进行计数。计数后发现，试管中该种菌的總数达到a时，种群数量不再增加。由此可知，该种群增长曲线为______型，且种群数量为时______，种群增长最快。

（2）若将该种菌接种在5 mL培养基M中，培养条件同上，则与上述实验结果相比，该种菌的环境容纳量（K值）_________（填“增大”“不变”或“减小”）。若在5 mL培养基M中接种该菌的量增加一倍，则与增加前相比，K值_________（填“增大”“不变”或“减小”），原因是_________。

【解析】（2020人教版选择性必修2P9）S形增长曲线的假设是：资源和空间是有限的，当种群密度增大时，种内竞争就会加剧，这就会使种群的出生率降低，死亡率升高。当死亡率升高至与出生率相等时，种群的增长就会停止，有时会稳定在一定的水平。

三、概念模型

概念模型：指以文字表述来抽象概括出事物本质特征的模型。如：对真核细胞结构共同特征的文字描述、光合作用过程中物质和能量的变化的解释、达尔文的自然选择学说的解释模型等;尤其是在高三一轮复习中的知识网络构建。

案例3：（2020人教版选择性必修1P29）兴奋在神经元之间的传递

教材用了很长的一段文字来描述这一过程，学生往往看了前面忘了后面，无法完整建构，难于理解掌握。在讲解了神经冲动在神经纤维上的传导的基础上，应用模型工具，可以解决这一难题。

教师给出神经元之间通过突触传递信息图解，组织学生识图、看书、讨论，最终完成兴奋在细胞间传递的过程模型图。根据学生给出的不同答案进行分析、讨论、完善。总结：此案例从原型（教材文字信息）中提取出主干因素，用建构概念模型的方法将细胞间兴奋传递的过程，使学生在对这块知识认知简单化，同时形成特有的模型思维方式。

四、思维模型

模型构建思维能力是指学生在学习生物知识的过程中对生物模型的识别，在解决生物问题的过程中对生物模型的构建或还原，以及依据恰当的生物模型处理实际问题的能力。

案例4：（2019人教版必修2P38）人的白化病是常染色体遗传，正常（A）对白化（a）是显性。一对表现型正常的夫妇，生了一个既患白化病又患红绿色盲的男孩。

1.这对夫妇的基因型是______。

师：孟德尔在面对豌豆多对相对性状时，首先对每一对相对性状的遗传分别进行研究.请同学们自己尝试.

生：（学生动手）

师：白化病 A___ X  A___-----aa

（隐性突破法，得知双亲为Aa和Aa）;

红绿色盲病 XBX_ X  XBY------XbY

（红绿色盲遗传特点，交叉遗传，得知母亲为XBXb）

母亲基因型为AaXBXb 父亲基因型为AaXBY

像上例得到的模型属于思维模型，即孟德尔思想“复杂问题简单化”，性状一对一对进行研究，这是解决遗传学问题的根本思想。

从以上案例不难看出，正确地识别、建构和还原生物模型的过程是解决生物问题的关键。教师要充分发挥主导作用，不断地引导和强化训练，有意识地培养学生抛开事物次要的非本质部分，将主要因素、相互关系、过程、状态等以直观的形式呈现，降低了认识客观事物的难度，从感性思维上升到理性思维，不断提高模型构建思维能力，达到提高学生的真正能力。

参考文献：

[1]朱正威，赵占良.普通高中教科书：生物学：必修1分子与细胞[M].北京：人民教育出版社，2019：57.

[2]朱正威，赵占良.普通高中教科书：生物学：必修2遗传与进化[M].北京：人民教育出版社，2019：38.

[3]朱正威，赵占良.普通高中教科书：生物学：选择性必修1稳态与调节[M].北京：人民教育出版社，2020：29.

[4]朱正威，赵占良.普通高中教科书：生物学：选择性必修2生物与环境[M].北京：人民教育出版社，2020：9.