模型建构及应用

1模型建构在生物学教学中的应用模型是人们为了某种特定目的而对认识对象所作的一种简化的概括性的描述，是科学研究中对复杂事物的一种简单的描述方法。通过模型，抓住事实的最主要的特征和功能，以简化的形式去再现原型的各种复杂结构和功能。生物学研究中通常建构的模型包括物理模型、概念模型和数学模型等。1.建构物理模型，使知识形象化、直观化物理模型以实物或图画形式直观地表达认识对象的特征，其最显著的特点是形象直观。在教学过程中通过模型建构与展示，不仅有利于加深学生对所学知识的记忆、理解，而且也能引导学生进行发散思维，提高学生的探究能力，学会科学研究的基本方法。通过物理模型教学还能够提高学生学习的兴趣，培养科学精神与价值观。建构物理模型的前提是以客观事实为依据，删繁就简，去伪存真。在建构物理模型前需要通过观察、统计、实验、查阅研究史料等方法掌握模型对象的特征，寻找合适的模型展示方式，选择恰当的模型建构材料。在建构过程中，遵循先大后小、先简后繁的原则，由表及里、先框架后细节进行逐步建构。初步建构完模型后，还需要进一步审查模型的科学性和美观性，并在此基础上进行进一步修改完善，从而力求客观真实反映认识对象的特征。如蛋白质结构模型、细胞膜结构模型、真核细胞三维结构模型等。建构物理模型可以使研究对象形象化，直观化，使相关知识便于理解。如人教版《遗传与进化》模块中的《DNA分子的结构》一节，重在引导学生模仿科学家建立DNA结构的模型。2在建构该模型的过程中，使学生能够感悟DNA分子结构建立过程中的科学探索精神和思维方法，同时培养了学生的创新思维能力及合作探究能力。建构物理模型是实现有效教学的方法之一，物理模型有静态物理模型，还有动态物理模型，在教学过程中不能仅局限于课程标准中提到的内容，教师还需要深入研究教学内容，创造性开展这一活动，在教学中引导学生制作了蛋白质结构模型、细胞膜结构模型、物质跨膜运输模型、有丝分裂模型、生态系统模型等。2.建构数学模型，揭示问题本质数学模型是指用来描述一个系统或它的性质的数学形式，如有丝分裂过程中DNA含量变化曲线、酶的活性随pH变化而变化的曲线、同一植物不同器官对生长素浓度的反应曲线、孟德尔豌豆杂交实验中9：3：3：1的比例关系等。数学模型建构的一般步骤为：观察研究对象，提出问题→提出合理的假设→根据实验数据，用适当的数学形式对事物的性质进行表达→通过进一步的实验或观察等，对模型进行检验或修正。数学模型的构建过程不仅需要学生掌握其步骤，还需要学生能够领悟归纳出其规律。在教学中可以以人教版《稳态与环境》模块《种群数量的变化》一节中“建构种群数量增长的模型”为例，引导学生建构出Nn=2n的数学模型，然后再画出曲线图，在此基础上建构理想状态下“J”型种群增长的数学模型Nt=N0λt，以此锻炼学生建构数学模型的能力。教材中涉及到构建数学模型的内容还有很多，如有丝分裂和减数分裂过程中染色体、染色单体以及DNA数量的3变化规律，呼吸过程中随氧气的浓度增加ATP、CO2的变化曲线，光合作用中随光照强度、温度、CO2等条件的变化光合作用强度的变化曲线，脱氧核苷酸序列与遗传信息的多样性，碱基与氨基酸对应关系，调查人群中的遗传病，用数学方法讨论基因频率的变化，探究自然选择对种群基因频率的影响，种间关系等。3.建构概念模型，梳理知识间内在关系概念模型是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、光合作用模型、细胞呼吸模型以及生态系统结构的表述等。建构概念模型可以使学生深入理解基础知识，辨析知识点之间的联系与区别，使知识结构化，同时有利于培养学生的归纳、概括和语言表述能力。例如生物学中的相关概念、由相互联系的不同概念而形成的概念图、流程图等都属于概念模型的类型。通过建构概念模型一方面可以使学生理解相关概念；另一方面有利于培养学生的归纳、概括、语言表述等能力。血糖平衡的调节是一个重要但比较抽象的教学内容，可通过建立血糖调节概念模型，解决教学难点。例如:图1血糖调节概念模型通过概念模型的建构，不仅帮助学生更好地理解人体内是如何对4血糖含量进行调节的，并在此基础上理解体内激素如何对生命活动进行调节，而且培养了学生结合已有的知识储备和生活经验主动地思考、讨论、建构模型，并能够运用所建构的模型解释生活中的具体问题。