例談建模法在高中生物課堂中的滲透

仇 微

(肥東第一中學 安徽合肥 230001)

近幾年來，模型建構(gòu)的思想在高中生物教材以及資料中得到越來越廣泛的應用。人教版生物教材(必修一)就特別提到了“模型方法”，并指出：模型是人們?yōu)榱四撤N特定目的而對認識對象所做的一種簡化的概括性的描述，包括物理模型、概念模型、生物模型等。而在生物學科核心素養(yǎng)中，“科學思維”素養(yǎng)要求學生“能夠運用歸納與概括、演繹與推理、模型與建模、批判性思維等方法探討生命現(xiàn)象及規(guī)律”。建模的重要性可見一斑。下面筆者就建模法在課堂中的應用談談自己的體會。

一、模型的類型與特點

1.概念模型

概念模型是把抽象概念之間的復雜聯(lián)系，用簡單直觀的圖式進行描述，一般借助幾何線形來連接，故其主要表象特征是“有線”，包括箭頭、分支線、直線等。如必修教材章末練習中的畫概念圖版塊，有不少老師稱之為思維導圖。

2.物理模型

人教版必修教材中明確指出：物理模型是以實物或圖畫形式直觀地表達認識對象的特征?？梢?，物理模型中要么有“實物”，如橡皮泥、紙板、鐵絲等廢舊材料，要么有“圖畫”，如人教版必修一第42頁圖3-2“細胞間信息交流的方式舉例”。

3.數(shù)學模型

用適當?shù)臄?shù)學形式來描述事物的性質(zhì)即為建立數(shù)學模型。如：表格、曲線圖、公式等。

二、三種模型在課堂中的滲透舉例

1.物理模型在課堂中的建構(gòu)

以《細胞中的核酸》一節(jié)為例。本節(jié)知識看起來不難掌握，但對初學生物的同學尤其是還沒有學過有機化學的同學來說，卻總感覺很凌亂，甚至到了高三第一輪復習時還分不清DNA、RNA的特點和區(qū)別。筆者在本課中以科學史為主線，將建模思想融入課堂，收到了不錯的效果。

筆者先展示幾段資料。

資料一：1868年，科學家分離出一種富含N、P元素的化合物，因為其來源于細胞核，所以稱之為核素(nuclein)。后來改名核酸。

資料二：核酸的相對分子質(zhì)量一般是幾十萬至幾百萬。

資料三：科學家嘗試將核酸水解，提取到糖、磷酸、含氮堿基三種物質(zhì)。隨后又發(fā)現(xiàn)，這其中的糖比六碳糖少了一個碳原子。

三段資料給出后，請學生分析回答核酸可能是如何形成的。學生聯(lián)系蛋白質(zhì)的知識，基本能回答出核酸由一個一個更小的單位構(gòu)成，而這個更小的單位含三種物質(zhì)：磷酸、含氮堿基、五碳糖。隨后筆者給出圓圈表示磷酸、方框表示堿基、五邊形表示五碳糖，展示科學家的研究成果——核苷酸的構(gòu)成。繼續(xù)展示資料四：科學家最初把核酸里的糖稱為核糖。之后不久他又發(fā)現(xiàn)有些核糖里少一個氧原子，為表示區(qū)別，于是就把它們叫脫氧核糖。然后繼續(xù)請同學們思考：有幾種核苷酸？區(qū)別在哪里？并嘗試畫出來。再次展示資料五：人們隨后研究發(fā)現(xiàn)了5種堿基，但是胸腺嘧啶(T)只能與脫氧核糖連接，尿嘧啶(U)則只能與核糖核苷酸連接，而腺嘌呤(A)、鳥嘌呤(G)、胞嘧啶(C)與兩種五碳糖均能連接，請嘗試寫出DNA和RNA的類型。學生不難建立相關(guān)模型。(如圖一)

圖一 兩類核苷酸模型

2.數(shù)學模型在課堂中的滲透

以《物質(zhì)跨膜運輸?shù)姆绞健窞槔１竟?jié)中，影響物質(zhì)跨膜運輸?shù)囊蛩厥墙虒W的難點。筆者先請同學分析影響自由擴散的因素，學生很容易回答出是“濃度差”，并能迅速建立如圖二數(shù)學模型。隨后再請同學們分析如果是協(xié)助擴散，隨被運輸?shù)奈镔|(zhì)濃度的增加，運輸速率能一直增加嗎？如果不能，影響因素是什么？如何體現(xiàn)在圖中？學生經(jīng)過思索后，較容易畫出如圖三的模型。緊接著，筆者繼續(xù)設(shè)疑：圖三能否用來表示主動運輸呢？如果可以，則限制因素是什么？

學生以小組的形式討論，最后得出該圖是可以表示主動運輸?shù)?，但是限制因素有兩個：載體和能量。

3.概念模型在課堂中的滲透

畫概念圖是建立概念模型的非常好的形式。在一個知識點結(jié)束后，筆者經(jīng)常會請同學們畫出知識間的聯(lián)系。而這種做法，在高三總復習時非常有效。學生經(jīng)常畫概念圖，就不會總覺得生物知識太零散，容易遺忘了。

三、建模的反思

建模法在課堂中的滲透可以使得課堂更具有邏輯性，更加吸引學生的注意力，也使得課堂有了更多的探究性；同時，對學生來說，建模需要學生不停地思考，堅持下來則有助于學生養(yǎng)成思考的好習慣。建模法在許多課堂中均可應用，有的課堂可能更適合建構(gòu)物理模型，有的可能數(shù)學思維更突出，也有的適合用概念模型建構(gòu)知識框架?？傊?，當老師在備課中不斷思索和嘗試時，總能找到更合適的建模方法。