原创《高中生物模型建构论析》
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建构模型是一个科学探究的过程,可以增强学生
的合作探究能力,对培养学生的合作能力、创造性,
提高生物核心素养十分有益.模型方法是科学家通过
观察、实验、理论模型和数学模型来构造和检验对自
然的解释,用模型来描述生命现象,有助于学生从总
体认识生命的原貌,把握生命的本质特征.因此,
《普通高中生物课程标准》将模型方法规定为高中生
必须掌握的科学方法之一,生物高考大纲也将其列为
高考必考内容之一. 《美国国家科学教育标准》巾要
求学生“运用逻辑和证据来构造和修改科学解释和科
学模型”,将建构模型作为科学探究所需要的基本能
力. “人教版”高中生物教材选择的内容也充分体现
了这一要求,其中含有丰富的模型建构素材.用好这
些素材,恰当发挥模型的作用,可以充分挖掘学生的
潜力,有效提高课堂教学效率,培养学生严谨的科学
态度和科学精神.在开展新课程改革的今天,也可较
好地满足课程的选择性需要.高中生物学巾的模型建
构活动与科学研究中的建模不完全一样,它面向全体
学生,倡导探究性学习方式,通过尝试建构模型,帮
助学生掌握或巩固有关生物学概念,体验建构模型过
程,理解模型和进行模型建构活动是学生理解生物学
的一把钥匙.高中生物教学中常见的生物模型有3
种：概念模型、数学模型和物理模型,教师应通过建
构这3种生物模型,有效提升学生的学科综合素养.
一、建构物理模型,直观表达抽象的生物学概念
物理模型是指客观实物的相似模型或客观现实的
形象显示,其状态变量与原事物基本保持一致,它能
够通过模拟该事物的性质和功能,形象解释认识对
象,可用特殊的符号、图形和色彩来反映生命现象的
发生、发展以及生物的结构、生理和相互联系,它浓
缩了大量的生物知识信息,是生物知识的重要表达方
式.形态结构模型是指描述细胞、组织、器官、生物
体的形态结构示意图、模式图或部分图解.教材常见
的模型有：动物细胞和植物细胞亚显微结构、细胞
膜、DNA双螺旋结构、突触的亚显微结构；过程模
型则是描述生命活动的动态过程或描述生物进化的过
程.教材常见的模型有：分泌蛋白的分泌过程、主动
运输、酶的专一性解释、有氧呼吸过程、光合作用过
程、人体细胞与外界环境的物质交换、体液免疫与细
胞免疫过程模型、生态系统的能量流动模型.我们以
动植物细胞亚显微结构的建构为例来建构物理模型,
具体教学策略如下：
1．回忆基础性概念：要使学生画出动植物细胞亚
显微结构图,能够说出细胞器的种类、名称和功能.
2．阅读课本,让学生再次熟悉动植物细胞的亚显
微结构,加深理解,明确细胞器之间结构、功能的联
系.
3．建构模型前要首先培养好学科小组长,让学科
小组长能组织学生讨论、交流,明晰制作过程.小组
长当好小老师,小组成员合作,利用现成的材料（白
色橡皮泥、琼脂、塑料袋、纱布、弹力布、网形彩
泥、乒乓球、蛋壳、大头针、小球若干、红豆、各色彩纸供选）,分组按照比例制作细胞壁、细胞膜、细
胞核、细胞质基质、各种细胞器模型,单个模型做完
后完成动植物细胞亚显微结构模型组装.组装后再次
进行讨论交流、取长补短,教师适时参与指导、完善
模型.
学生通过制作动植物细胞亚显微结构模型,对动
植物细胞亚显微结构有了感性认识,通过小组间的建
模、模型展示与释疑,他们不仅对目标知识掌握得非
常透彻,而且还明白了制作动植物细胞模型时,要考
虑动植物细胞的区别,要考虑细胞器种类,细胞核、
细胞器大小比例,如何体现细胞器之间的协调配合,
等等.小组间的相互交流更是从语言表达上进一步加
强对知识的理解,建构动植物细胞亚显微结构模型的
过程,是对已知事实的归纳、抽象过程,也是对头脑
中所构想的物理模型进行形象化、具体化的过程.
二、建构数学模型,概括生物学的基本规律
用来表达生命活动规律的符号、计算公式、函数
式、曲线图等数学语言来描述生物学的知识、现象均
称为数学模型.教材中常见的数学模型有：蛋白质的
合成分子量和脱水量计算、DNA的结构中碱基数量
及比例计算、遗传病概率计算、遗传规律的比例计
算、减数分裂配子类型计算、基因频率计算、DNA
分子的复制子代DNA数量、标记DNA比例及所需某
种脱氧核苷酸比例、种群“J”型增长、能量流动规
律等.我们以种群“J”型增长为例建构数学模型,
教学策略如下：
第一步：准备模型.搜集资料和信息,找出细菌
增殖的数学规律.
第二步：假设模型.假设在资源和空间充足,气
候适宜,没有天敌,没有疾病的理想环境下,细菌二
分裂增殖,且每20分钟繁殖一代.此外要强调在理
想环境中,细菌种群的增长不会受到种群密度增加的
影响.由学生推算在不同时间内一个细菌的繁殖情
况,并独立完成如下表格：
第三步：建构模型.根据所做的假设分析对象的
因果关系,利用对象的内在规律和适当的数学下具,
构造各个量词的等式关系.由细菌基本繁殖特点及增
殖规律,小组讨论、分析,通过归纳法得出细菌是以
指数函数的形式进行增长,因此,用数学公式表达为
Nn等于2n,其中N代表细菌数量,rl代表分裂次数,学
生讨论完成后展示成果,并绘出曲线图：
第四步：检验和修正模型.在理想状态下建立细
菌种群数量增长的数学模型相对比较简单,而生物学
中的大量现象与规律却极为复杂,存在着许多不确定
因素.因此,我们需要通过大量实验或观察,对模型
进行进一步检验和修正,使学生认识到模型的构建是
一个不断发展和完善的过程.
第五步：完善模型.种群在自然界的生活环境和
我们假设的情况不同,那么种群增长遵循什么规律
呢？PPT投影展示高斯曾经做过的实验,教师归纳总
结,明确理想状态下是“J”型曲线,而高斯实验中
的增长曲线,我们把它叫做“S”型曲线.
从种群增长数学模型的建构过程,我们不难发
现,数学模型建立,基本按照观察研究对象斗提出合
理假设斗数学表达斗检验、修正四大步骤进行.也可
以看出,我们模型的建构过程就是一个科学探究的过
程, “大胆假设,小心求证”的科学思维始终贯穿其
中.而这种思维方法一旦内化为学生自己的认知图
式,就一定能实现认知水平的飞跃.
三、建构概念模型,构建生物学知识体系
概念模型是以文字表述来抽象概括小事物的本质
特征,对生物学巾的中心概念、内涵、外延进行抽象
描述.概念模型通常是以概念图的形式出现,表达概
念之间的相互关系,以命题的形式显示概念间的意义
联系,体现知识的网络构架.通过概念模型的构建,
可以理清生物学概念之间的独立关系、从属关系,使
分散的生物学概念系统化,有利于对概念知识的理解
和运用.实践证明,将枯燥繁杂的生物学概念、专业术语以概念图的形式来归纳整理,既形象又直观,增
强了学生的理解能力和记忆能力.教材中常见的概念
模型有：蛋闩质与酶的关系、内环境稳态的概念、达
尔文的自然选择学说、真核细胞结构的共同特征、光
合作用过程中物质和能量的变化,等等,其实每单元
后面的概念图均为概念模型,这里就不多举例子了.
概念模型建构示例如下：建构概念模型要循序渐进,
不贪多求全.教学策略如下：
第一步：临摹建构概念模型.高中生物教材每章
自我检测巾均有画概念图试题,首先由学生自主完
成,学生讨论交流,教师引导概念模型构建过程.明
晰建构概念,先找出核心概念,放在或顶端,将
一般概念、次一般概念、具体概念等放在四周或下
端,并按概念的等级层层辐射开来.接着,再将两个
概念用线条或箭头连接起来,并用连接词语表明两者
的关系,完成概念图后还需不断进行修正、完善.
第二步：模仿绘制概念模型.在教学“遗传信息
的携带者——核酸”后,以小组合作学习的形式建构
核酸、蛋白质的概念模型,并进行展示、交流.通过
小组合作交流,学生构建概念模型的能力不断提高,
实现知识、能力、情感态度和价值观的三维目标.
第三步：自主建构概念模型.每次授课后,让学
生讨论、交流找出每一节课的概念,并对概念进行分
类,找出概念之间的关系,适当降低概念图构建的难
度.接着,再让学生独立找㈩概念并分好层次,使用
合适的连接词语,自主完成概念图构建.建构概念模
型后,让学生及时展示、交流、评价,达到相互学
习、相互借鉴的目的.
学生通过临摹、模仿、自主建构概念模型,将自
主建立起每一节的知识体系,使原本零散的知识变得
系统、有条理、直观化、深刻化,便于记忆、理解.
由此,便有效提高了教师的教学技能和教学效果,也
让教师从教授者转变为引导者.
总之,生物模型的教育意义需要通过建构来实
现,只要在模型建构活动中不断进行归纳和演绎,进
行观察或实验,运用已有知识进行假设、模拟,将复
杂的事物进行简化、抽象出其本质属性,将头脑中抽
象的概念形象化、具体化：通过亲身参与这些学习活
动,学生在探索思考中才能体会到模型建构的方法,
获得成功的喜悦,才能将模型方法内化为认知图式,
获得认知水平的提升.以上介绍的3种模型建构策略
只是对模型建构规律的简单总结,而相对完美的生物
模型还需要通过不断“建构一解构一再构”,再检验、
再修正来得以完善.要使学生具备建构生物模型的能
力,我们还需要组织相关的模型建构活动,让学生真
正体验、真正参与,实现“授之以渔”而不是“授之
以鱼”.课程标准、教材都已经将模型提升为高中生
物学课程的基本内容之一,新高考要求实现学科综合
素养落地,实现国家的育人目标,在生物课堂巾,教
师更应引导学生沿着科学的思路和方法去感知、去思
索,形成运用模型建构解决问题的能力,领略科学知
识的真谛,帮助每个学生提高生物核心素养,也提高
了教师的综合素质.
高中生物论文参考资料：
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