生物学模型教学探析

生物学教学２００６年（第３１卷）第８期　・ｌ７・　生物学模型教学探析　ｌ匈忠华　（浙江省诸暨市私立诸暨高级中学３１１８ＯＯ）　摘要在生物学课程中，有丰富的模型资源，这为模型教学提供了基础素材。在生物学教学中提倡运用模型教学，运用模型来　●　探究解决生物学问题。模型教学强调模型的构建、运用、检验、修正发展和完善。　关键词模型；模型构建；模型教学　模型是人们解决特定的问题，经过一定的简化、抽　１．１　物质模型　包括天然模型和人工模型：　象，形成新型客体，从而使原型客体的本质属性以物质　１．１．１天然模型在研究人体的时候，特别是人的生　形式或思维形式显现出来。这是一种重要的科学操作　理现象时，出于对人身健康、安全和伦理道德方面的考　和科学思维的方法。在日常的生物学教学中，我们一　虑，不便直接对人体进行实验操作。因此，科学家常常　直在大量地使用模型，但如何有效运用这一资源，开展　用其他与人相似的哺乳类动物来代替，如狗、猫、鼠等　模型教学，以增进学生对模型的熟悉、对建模方法的理　作为人体模型进行研究，从而获得人体生理学的有关　解，培养他们建模、运模的能力？　知识。如利用线虫进行细胞凋亡的研究，利用海兔进　１　高中生物学课程中的模型教学的资源　行学习记忆的研究；利用果蝇进行发育的研究等，　我国高中生物学教科书提供了丰富的模型资源。　这里线虫、海兔和果蝇即是一些天然模型。　例如：客观实物的相似模拟（实物模型）；真实世界的　１．１．２人工模型人工模型即人为制造的科学模型。　数学抽象（数学模型）；思想观念的文字表述＜理论模　在科学认识活动中，为了更好地研究微观世界和宏观　型）；客观现实的形象显示（图象模型）等等。通常，生　世界，采用制造人士的实物模型进行模拟研究。现在，　物学中的模型可分为两大类：物质模型和思维模型，每　像人体的器官、血液循环等复杂的对象都有了实物模　一大类又包括若干小类。下面结合高中生物学模型教　型。高中生物学中的细胞模型、细胞器模型、生物大分　学资源进行逐一介绍。　子模型、生物膜模型、动（植）物有丝模型和减数　观点：“取一定数量的根，分别浸在一同浓度的生长素　浓度范围内，随着生长素浓度升高，促进根的生长程度　溶液中，一段时间观察他们的生长情况。”“不够严密，　越大，超过一定的浓度，促进根生长程度减弱，甚至被　要注意单一变量原则，每组根的数量一定，温度、水分　抑制。　Ｌ　条件相同，溶液量一致。～还要除去根尖，因为根尖会　从上面的实例可看到，在课堂教学中，教师应努力　产生生长素。”通过讨论，大家设计出了以下实验：将燕　帮助学生将自己的缄默知识表达出来，并引导学生相　麦幼苗的胚根末端４ｍｍ切去，再将剩下的ｌＯｍｍ的胚　互交流，大胆假设，通过探究，尊重实际，并对它们进行　根每１Ｏ条一组分别置于不同浓度的生长素溶液和水　理性分析和检验，反思自己的缄默知识，使他们学会不　溶液中，２天后，观察结果。　断地从自己显性的观点和想法中分析自己所使用的缄　２．２．３尝试结果分析经过统计，表１为实验结果：　默知识，从而不断提高自己的分析能力、创新意识、科　表１　学素养。　‘　＋　生长素溶液的浓度　２天后胚根的平均长度　２．３评价过程使缄默知识“个性化”　目前，随着课程　（ｍｏｌ／Ｌ）　（ｎ，Ｌｒｎ）　１０’‘’　ｌ１．３　改革的不断深入，评价功能已从注重甄别与选择转向　１０’。　１２．１　激励、反馈和调整，评价内容从过分注重成绩转向多方　１０’¨　１２．７　面潜能的发展，评价的角度也从终结性转向过程性、发　１０’。０　１３．６　展性，更加注重学生的个性差异，因此，在评价过程中，　１０一　１２．６　可以通过自我陈述的调查表来分析学生能够意识且能　１０’。　１２．０　够使用语言表达的缄默知识，还可以通过学生作品展　１０’’　１０．９　出、调查报告、成果交流等开放形式，使学生从个人缄　１０’６　１０．０　默的知识出发，对显性知识进行充分理解、阐释、批判、　１０’’　１０．０　综合，能围绕相关知识的提出自己的观点，发挥自己的　１０’　ｔ０．０　想象，表现自己的个性，提高自己的创新能力。使缄默　通过对以＿卜结果分析，学生们总结得出：在一定的　知识个性化。　维普资讯 http://www.cqvip.com

・１８・　中染色体的变化模型等均属于人工模型。　１．２思维模型　包括理想模型、数学模型和理论模　型：　１．２．１　理想模型　理想模型是人们为了便于研究而　建立的对原型高度抽象化的思想客体或思想事物，它　是对研究对象的简化和纯化，突出反映了显示原型的　主要特征和联系。它的建立得益于逻辑方法和非逻辑　方法的综合运用，是创造思维的结果。科学研究离不　开科学抽象，简化了的理想模型作为科学抽象的结果，　渗透在生物学科中。如大肠杆菌的结构模式图，各类　细胞器　细胞结构的模式图，各类分子（氨基酸、多肽、　核苷酸、核酸等）的模式图，生物膜系统图解、酶降低化　学反应活化能的图解，自由扩散、协助扩散和主动运输　示意图，光合作用、有氧呼吸过程图解，有丝模式　图解，显性和隐性基因的字母化，哺乳动物（精子）卵　细胞的形成图解，ＤＮＡ复制、转录和翻译的示意图，噬　菌体侵染大肠杆菌的实验图解等等。高中教科书为我　们提供了十分丰富的图象模型。　１．２．２数学模型数学模型是能够表现和描述真实　世界某些现象、特征和状况的数学系统，数学模型能定　量地描述生物物质运动的过程，一个复杂的生物学问　题借助数学模型能转变成一个数学问题，通过数学模　型的逻辑推理、求解和运算，就能够获得客观事物的有　关结论，达到对生命现象进行研究的目的。　比如描述生物种群增长的费尔许斯特一珀尔方　程，就能够比较正确地表示种群增长的规律；通过描述　捕食与被捕食两个种群相克关系的洛特卡一沃尔泰拉　方程，从理论上说明：农药的滥用，在毒杀害虫的同时　也杀死了害虫的天敌，从而常常导致害虫更加猖獗地　发生等。　还有一类更一般的方程类型，称为反应扩散方程　的数学模型在生物学中广为应用，它与生理学、生态　学、群体遗传学、医学中的流行病学和药理学等研究有　比较密切的关系。２０世纪６０年代，普里戈任提出著名　的耗散结构理论，以新的观点解释生命的现象和生物　进化原理，其数学基础亦与反应扩散方程有关。　生命现象常常以大量、重复的形式出现，又受到多　种外界环境和内在因素的随机干扰。因此概率论和统　计学是研究生物学经常使用的方法。生物统计学是生　物数学发展最早的一个分支，各种统计分析方法已经　成为生物学研究工作和生产实践的常规手段。　数学模型实际上就是把实际问题化成一个数学问　题，在研究问题与某种数学结构之间建立起对应关系。　数学模型通常以数学关系式的形式表示出来，并配以　衄线图、表格等形式。如酶促反应的反应速率、酶活性　生物学教学２００６年（第３１卷）第８期　的变化、盂德尔杂交实验的“３：１”和“９：３：３：１”等　等。　１．２．３理论模型理论模型是针对某个问题，对已经　研究的科学事实和资料进行系统分析、综合，并提出基　本概念。这往往是一种“假说一演绎体系”，通常表现　为一种科学学说。如细胞学说；细胞膜的流动镶嵌学　说；酶的作用模型（钥匙一锁假说和诱导一契合假　说）；细胞衰老假说、生物进化理论、中心法则等等。　近来，随着科技的进步，计算机技术介入模型的建　构，实现了模型由“静态”向“动态”的转变。例如利用多　媒体演示有丝、减数和受精作用的过程，利用　计算机演示生物的进化、生命的起源等等。从而使模型　更逼近原型客体，更真实地反映原型客体的本质属性。　２如何进行模型教学　在教学中，我们不仅要利用理想模型（文字图　象）、实物模型、数学模型、动态模拟等多种模型构建课　堂教学，还应从模型的构建、发展与完善来构建课堂教　学，多角度、多层次地促进学生认知图式的发展。　２．１　利用模型进行教学模型可使研究对象直观化、　简约化，使之便于研究；又可以简略地描述研究成果，使　之便于理解和传播；还可以用于计算、推导，延伸观察和　实验结论等。因此，应充分地利用模型资源，使抽象的　客观具体化，引导学生进行探究。如对“减数”内容　进行教学时，教师可运用教科书中的哺乳动物精子（卵　细胞）的形成图解，还可以利用减数中染色体变化　的实物模型，并配以文字描述等多角度地运用各种模型　资源，从不同的侧面来反映减数的本质属性，使学　生对减数这一认知图式构建得更完善。有条件的　学校还可以用计算机模拟减数的动态变化，宏观地　展现其微观的动态过程，并有意识地引导学生进行进一　步抽象，构建数学模型——染色体、ＤＮＡ、姐妹染色单体　的变化曲线，促使学生认知图式的发展。　２．２　重视建模的过程模型教学不仅仅是模型结论　运用的教学，更应是一个模型建构的过程式教学。在　教学过程中，要利用模型的建构过程引导学生探究，如　教科书对盂德尔分离定律的描述，详尽地展现了“３：　１”这一数学模型的建构过程。教师在教学时，不应仅　仅停留在教给学生“３：１”的数学结论，而要详细地演　绎这个数学模型的推导过程。这是一个现象一假设　（数学模型的初步构建）一实践验证一结论（数学模型　的确立）”的过程。盂德尔在种植豌豆的过程中，经过　数理统计，形成了“３：１”的数学模型，并在理论上进行　推导，来解释这一模型。而后，通过再次种植豌豆，有　目的地检验模型，最终确立了模型。这是一个严密的　科学建模过程。　维普资讯 http://www.cqvip.com

生物学教学２００６年（第３１卷）第８期　・１９・　生物学课堂教学中学习情境的创设　郭永峰　（山东省曲阜师范大学生命科学学院２７３１６５）　摘要为了克服“填鸭式”教学的弊端，创设学习情境是必需的，这也是课程改革的教学要求。本文以新课程的理念为指导。通　过祥实的实例说明生物学课堂教学中如何创设生活化、自主化、活动化、合作化、情感化和创新化的学习情境。　关键词学习情境；创设；课堂教学　学习情境是与学生所学习的内容相适切的、包含　２创设自主化情境　问题的生活事件。在生物学课堂教学中创设学习情　课程标准强调：“生物学教育要从获取知识为首要　境，能够模拟回溯知识产生的过程，有利于学生遵循着　目标转变为首先关注人的发展，创造一个有利于学生　知识产生的脉络去深刻理解学习内容，发展思维能力；　生动活泼、主动发展的教育环境，提供给学生充分发展　能够帮助学生牢固地掌握知识应用的条件及其变式，　时间和空间。”因此在课堂教学中，教师要创设自主化　灵活迁移和应用学到的知识；能够使学生在学习中产　学习情境，让学生根据自己的体验，用自己的思维方　生比较强烈的情感共鸣，增强他们的情感体验和学习　式，主动参与到学习中来，充分调动学生学习的积极　兴趣，使学习成为一种包含情感体验在内的综合性活　性、主动性。例如，在学习“两对相对性状的杂交试　动。　验”时，教师让学生复习孟德尔探究一对相对性状的遗　１创设生活化情境　传实验中所用的研究方法后，课件演示孟德尔两对相　生物学与生活联系紧密，生物课程标准注重使学　对性状的遗传实验现象，请大家仔细观看，以小组为单　生在现实生活的背景中学习生物学。从生物学和实际　位讨论、汇报，在这个实验中你们发现了哪些问题？结　生活的联系人手来创设学习情境，既可以让学生体会　果学生发现了很多问题，如：为什么子一代都表现黄　到学习生物学的重要性，又有助于学生利用所学的生　圆？为什么子二代出现性状分离？子二代中黄：绿＝　物学知识解决实际问题。例如，在学习“细胞膜的选择　３：１，圆：皱＝３：１，而子二代性状分离比为什么接近９：　透过性”时可提出以下生活问题：清水洗红苋菜后，清　３：３：１７子二代为什么出现亲本之外的性状组合？接　水呈什么颜色？红苋菜在锅中烧熟后，汤呈什么颜色？　着，教师请学生分类整理，哪些问题是１对性状的遗传　想想为什么？电视广告中说化妆品的特异性蛋白质能　实验中就有的，哪些是两对性状的遗传实验中新出现　够渗入皮肤细胞中营养皮肤，伤湿膏药中的小分子脂　的？从而导出本课探究的问题“子二代为什么出现了　溶性药物能够渗入细胞达到治病目的，这些说法对吗？　性状重组？”　为什么？在学习“植物的呼吸作用”时，可举以下生活　３创设活动化情境　事例：水果储存太久后就没有甜美的滋味了；萝卜放久　新课程把生物学学习的主动权交给学生，鼓励每　后会空心；过了冬的蒜瓣会变轻，这是为什么？把手伸　个学生积极参与学习活动，教师在教学中应创设丰富　进潮湿的种子堆里，会有烫手的感觉，这又是为什么？　多彩的活动情境，让学生亲自实践，大胆探索。创设活　在学习“生态系统稳定性”时可举校园旁的池塘例子：　动化情境的方法很多，如模型制作、信息网络资源、实　清晨池塘清澈见底，然后，由于鹅、鸭嬉戏，一天下来池　验、生命科学史等。例如，“减数”一节中概念较　塘混浊，可第二天又清亮如故，这是何原因？这种来源　多，也很容易混淆，理顺这些概念之间的关系，对整个　于生活感受的问题会拉近学生与教材内容之间和学生　内容的学习至关重要，用模型制作创设活动化情境可　与教师之间的距离，激发他们的学习热情。　解决这一问题。在教学中要求每一桌学生课前准备好　随着科技进步，模型始终处在不断地“构建一解构　还含有蛋白质，而且针对蛋白质的位置，提出了“蛋白　一建构”的动态发展过程中。正如同模型的发展一样，　质—脂质一蛋白质”的单位膜结构模型。这是对前一　模型教学亦应是一个不断发展、修正与完善的过程。　模型的解构，是前一模型的发展。但随着技术的改进　使学生认识到模型是一个开放的动态体系。如在进行　和创新，科学家发现膜蛋白质位置多样化，并且由实验　“生物膜的流动镶嵌模型”教学时，教师引导学生探讨　得知细胞膜的流动性，于是进一步提出“流动镶嵌模　该模型的不断发展与完善：首先是早期科学家从生理　型”，使细胞膜模型从“静态认知飞跃到“动态”的认　功能人手进行研究，通过实验，在１９世纪提出了“膜是　识，这一模型提出，是对原来模型的修正与完善。　有脂质组成的”这一模型；到２０世纪，科学家发现细胞　（　作者为陕西师范大学教育硕士）