数学模型是指用来描述一个系统或它的性质的数学形式，如探究培养液中酵母菌种群种群
数量的变化的实验（必修三），要求学生具有建立数学模型的思想和方法。人教版教科书中也有较多的应用。在《分子与细胞》中有：细胞有氧呼吸的方程式，细胞无氧呼吸的方程式，光合作用的方程式，酶降低化学反应活化能的图解，酶活性受温度影响示意图，酶活性受
PH影响示意图，叶绿素和类胡萝卜素的吸收光谱变化曲线，不同细胞的细胞周期持续时间
等。在《遗传与进化》中有：黄色圆粒豌豆和绿色皱粒豌豆的杂交实验，果蝇杂交实验图解，种群中基因频率和基因变化等。在《稳态与环境》中有：HIV浓度和T细胞数量的关系，某岛环颈雉种群数量的增长，大草履虫种群的增长曲线，东亚飞蝗种群数量的波动，雪兔和猞猁在90年间的种群数量波动，赛达波格湖能力流动图解，我国人口增长等。
物理模型是指以实物或图画形式直观地表达认识对象特征的模型，物理模型既包括
静态的结构模型，如真核细胞的三维结构模型、细胞膜的流动镶嵌模型等；又包括动态的过程模型，如教材中学生动手构建的减数分裂中染色体变化的模型、血糖调节的模型等；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；
1、线粒体比喻成细胞的动力车间—类比法
2、DNA的双螺旋结构—物理模型
3、种群S曲线—数学模型
4、利用高倍显微镜观察叶绿体和线粒体—显微观察法
5、孟德尔遗传规律的发现—假说—演绎法
6、萨顿提说基因位于染色体上的假说—类比推理法
7、利用甲基绿将DNA染成绿色，吡罗红将RNA染成红色—染色法
8、噬菌体侵染细菌的实验—离心法和同位素标记法
9、从盖玻片的一侧滴加蔗糖溶液，另一侧用吸水纸吸引—引流法
10、研究分泌蛋白的合成和分泌途径—同位素标记法
第2章探索生命 第1节生物学研究的基本方法 一、教材分析 生物学是一门自然科学，研究的是一些科学事实。在各种科学事实间建立合理的联系，寻找事实产生的原因，提出解释事实的各种假说和理论。生物科学的发展就是人类不断研究的过程，研究过程要用到不同的方法，要让学生不断学会研究方法很重要，所以，通过这节课的学习，让学生初步学会简单的生物学研究方法，提高学生的能力，为以后学习生物学打好基础，也为社会进步带来新的希望。 二、教学目标 知识与技能目标：能说出实验法的基本步骤。 过程与方法目标：通过提出假设和设计实验方案，尝试科学探究的一般方法；通过材料获取和处理信息，培养学生收集材料的能力和分析处理信息的能力。 情感态度与价值观目标：在讨论中，体验用实验法进行科学探究的过程，逐渐形成严谨、实事求是的科学态度；在小组活动中，学会交流与表达，学会与他人合作。 三、教学重难点 教学重点:实验法研究的一般步骤 教学难点：在教师的指导下，以小组为单位，学生自己进行分析、处理、归纳信息，设计实验方案。 教法：通过媒体展示，提高课堂容量、拓宽学生知识面，同时采用观察、思考、阅读、探究方法等相结合。 教具：多媒体课件 四、教学过程 内容设计意图 导入教师 活动我们现在学的生物教材是属于生物学，生物学是一门不断研究 的学科，也是一门自然科学，既然是一门自然学科，那么在研 究的过程中就要遵循自然规律，要遵循自然规律进行研究，就 应该首先掌握研究的基本方法，引入课题 激发学生的兴趣引入主题 一、 生物学研究的基本方法教师 活动 提问：同生们平时在生活中遇到问题是怎么解决的， 用到哪些方法？ 联系生活实际激发学生的求知 欲 学生 活动 思考、结合生活实际回答问题培养学生的语言表达能力 教师 活动 多媒体展示：科学家们的研究的基本方法：观察、 调查、分类、实验等，引出实验法最重要 整体感知，培养学生的观察能 力 二、过度 思考 既然实验法是最重要的，那么实验法研究的基本步骤是什么 呢？ 设置悬念引入思考 教师 活动 引出：本节课要以“实验法研究的示例：响尾蛇是如何跟踪它 放走的猎物”为例来了解实验法研究的基本步骤 多媒体展示：不同种响尾蛇的图片和有关响尾蛇的文字介绍 感知认识 学生 活动 认真观察、阅读信息，加强对响尾蛇的了解 感知认识，拓展学生的视野教师 活动 展示图片：播放响尾蛇捕捉老鼠的视频，并对视频内容作解释 直观形象，激发学生兴趣 学生 活动 认真观察、迅速获取信息培养学生的观察能力和获取信 息的能力 教师 活动 提问学生：通过观察录像，叫学生说出自己感兴趣的问题 引导学生发现问题 学生 活动 学生主动起来说出自己感兴趣的问题落实学生自主学习，培养学生 的创新能力 教师对学生提出的问题作出客观评价，指出在众多问题中，本节课统一学生的思想，引导学生共 - 1 -
Southern杂交: 是体外分析特异DNA序列的方法，操作时先用限制性内切酶将核DNA或线粒体DNA切成DNA片段，经凝胶电泳分离后，转移到醋酸纤维薄膜上，再用探针杂交，通过放射自显影，即可辨认出与探针互补的特殊核苷序列。 将RNA转移到薄膜上，用探针杂交，则称为Northern杂交。 RNAi技术: 是指在进化过程中高度保守的、由双链RNA（double-stranded RNA，dsRNA）诱发的、同源mRNA高效特异性降解的现象。由于使用RNAi技术可以特异性剔除或关闭特定基因的表达，所以该技术已被广泛用于探索基因功能和传染性疾病及恶性肿瘤的基因治疗领域。可以利用siRNA或siRNA表达载体快速、经济、简便的以序列特异方式剔除目的基因表达，所以现在已经成为探索基因功能的重要研究手段。 Southern杂交一般利用琼脂糖凝胶电泳分离经限制性内切酶消化的DNA片段，将胶上的DNA变性并在原位将单链DNA片段转移至尼龙膜或其他固相支持物上，经干烤或者紫外线照射固定，再与相对应结构的标记探针进行杂交，用放射自显影或酶反应显色，从而检测特定DNA分子的含量]。 扫描电镜技术：是用一束极细的电子束扫描样品，在样品表面激发出次级电子，次级电子的多少与样品表面结构有关，次级电子由探测器收集，信号经放大用来调制荧光屏上电子束的强度，显示出与电子束同步的扫描图像。 细胞显微分光光度计：用来描述薄膜、涂层厚度超过1微米的物件的光学性能的显微技术。 免疫荧光技术：将免疫学方法(抗原抗体特异结合)与荧光标记技术结合起来研究特异蛋白抗原在细胞内分布的方法。由于荧光素所发的荧光可在荧光显微镜下检出，从而可对抗原进行细胞定位。 电镜超薄切片技术：超薄切片是为电镜观察提供极薄的切片样品的专门技术。用当代较好的超薄切片机，大多数生物材料，如果固定、包埋处理得合适，可以切成50-100微米的超薄切片。 Northern印迹杂交（Northern blot）。这是一种将RNA从琼脂糖凝胶中转印到硝酸纤维素膜上的方法。 放射自显影技术：放射自显影技术是利用放射性同位素的电离辐射对乳胶（含AgBr或AgCl）的感光作用，对细胞内生物大分子进行定性、定位与半定量研究的一种细胞化学技术。放射自显影技术（radioautography；autoradiography）用于研究标记化合物在机体、组织和细胞中的分布、定位、排出以及合成、更新、作用机理、作用部位等等。其原理是将放射性同位素（如14C和3H）标记的化合物导入生物体内，经过一段时间后，将标本制成切片或涂片，涂上卤化银乳胶，经一定时间的放射性曝光，组织中的放射性即可使乳胶感光。 核磁共振技术：可以直接研究溶液和活细胞中相对分子质量较小(20，000 道尔顿以下)的蛋白质、核酸以及其它分子的结构，而不损伤细胞。 DNA序列分析：在获得一个基因序列后，需要对其进行生物信息学分析，从中尽量发掘信
生物学的基本研究方法 一、基础知识： （1）、_________和_______是科学探究基本方法。也是我们学习生物学的基本方法。 (2)、实践可以给研究者提供现象、数据等资料，是检验_______、形成科学理论的实践基础。 实验的一般规程是：1. ________________________ 2、_____________________________ 3、________________________ 4、________________________________ 5、_________________________________________ (3)正确使用显微镜的步骤是：1. ________________________ 2、_____________________________ 3、________________________4、_________________________5、____________________________ 在显微镜下观察到的物像是________像。 （4）科学探究的基本过程是;1. _____________ 2、_____________3、______________ 4、________________________ 5、___________________ 6、__________________________ 实验中单一变量原则：变量是______________________，在一个实验中，除了要研究的变量以外，其余的变量都应__________，并控制在__________状态。 （5）什么叫对照实验？_________________________________________ _________________________________________ _________________________________________ （6）收集资料和分析资料有什么好处？ _________________________________________ _________________________________________ （7）测量 在测量中如何提高数据的可靠性？_________________________________________ （8）调查：调查是科学探究的常用方法。 完成一项调查需要做好哪几个方面工作？________________________________ ________________________________________________________________ （9）综合起来科学探究的方法概括起来有： 1、2、3、 4 二、探究训练 1、使用显微镜对光的程序是（） ①选遮光器上较大的光圈对准通光孔②转动转换器，使低倍物镜对准通光孔，③左眼注视目 镜，右眼睁开④转动反光镜，使光线通过通光孔反射到镜筒内 A、①→②→③→④ B、②→①→③→④ C、③→④→②→① D、③→②→①→④ 2、小明在用显微镜进行观察时看到了一个小黑点，移动载玻片和物镜，小黑点不动，由此可判断小 黑点可能在( ) A 目镜上 B 物镜上 C 载玻片上 D 反光镜上 3、当显微镜的目镜为10X、物镜为10X时，在视野直径范围内看到一行相连的8个细胞。若目镜 不变，物镜换成40X时，则在视野中可看到这行细胞中的（） A．2个B．4个C．16个D．32个 4、小强在显微镜下观察到了洋葱表皮细胞后，兴奋地向同学描述，并把显微镜轻轻挪动给同组同学，
高中生物学中的数学模型 山东省嘉祥县第一中学孙国防 高中生物学中的数学模型是对高中生物知识的高度概括，也是培养学生分析推理能力的重要载体，本文通过归纳高中生物学中的数学模型以提高学生的分析推理能力。 1. 细胞的增殖 【经典模型】 间期表示 有丝分裂中各时期DNA、染色体和染色单体变化 减数分裂中各时期DNA、染色体和染色单体变化 【考查考点】细胞增殖考点主要考察有丝分裂、减数分裂过程中DNA、染色体、染色单体的数量变化以及同源染色体的行为，并以此为载体解释遗传的分离定律和自由组合定律。2. 生物膜系统 【经典模型】 【考查考点】 3物质跨膜运输 【经典模型】 【考查考点】 自由扩散、协助扩散和主动运输的影响因素和特点。 4. 影响酶活性的因素 【经典模型】 【考查考点】 影响酶活性的因素，主要原因在于对酶空间结构的影响。酶促反应是对酶催化的更高层次的分析。 5. 影响细胞呼吸及光合作用的因素 【经典模型1】 【考查考点】 真正光合速率= 净光合速率+呼吸速率 光合作用实际产O2量＝实测O2释放量＋呼吸作用耗O2 光合作用实际CO2消耗量＝实测CO2消耗量＋呼吸作用CO2释放 光合作用葡萄糖生产量＝光合作用葡萄糖积累量＋呼吸作用葡萄糖消耗量 【经典模型2】
【考查考点】氧气浓度对有氧呼吸和无氧呼吸的影响，以及在种子和蔬菜储存中的原因。 6 基因的分离和自由组合定律 【典型例题】男性并指、女性正常的一对夫妇，生了一个先天性聋哑的儿子，这对夫妇以后所生子女，（并指是常染色体显性遗传病，两种病均与性别无关） 正常的概率： _________同时患两种病的概率： _________患病的概率： _________ 只患聋哑的概率：_________只患并指的概率：_________只患一种病的概率：_________ 7. 中心法则 【经典模型】 DNA分子的多样性：４Ｎ DNA的结构：Ａ＝Ｔ，Ｇ＝Ｃ，Ａ＋Ｇ＝Ｔ＋Ｃ，（Ａ１％＋Ａ２％）／２＝Ａ％， Ａ１％＋Ｔ１％＝Ａ２％＋Ｔ２％＝Ａ％＋Ｔ％ DNA的复制：某DNA分子复制Ｎ次所需要的游离的鸟嘌呤脱氧核苷酸：（２Ｎ－１）Ｇ １５Ｎ标记的DNA分子在１４Ｎ的原料中复制n次，含１５Ｎ的DNA分子占总数的比例：２／２n ＤＮＡ中的碱基数和其控制的蛋白质中的氨基酸数的比例关系：6:1 【考查考点】DNA的结构，碱基组成，半保留复制和基因的表达。 8. 现代生物进化理论 【典型例题】某人群中某常染色体显性遗传病的发病率为19%，一对夫妇中妻子患病，丈夫正常，他们所生的子女患该病的概率是 A．10/19 B．9/ 19 C．1/19 D．1/2 答案：A 【经典模型】 设A的基因频率为P，a的基因频率为q，因P+q=l，故(P+q)2 =I，将此二项式展开得：p2+2pq+q2=1，基因型AA的频率=P2，基因型aa的频率=q2，基因型Aa的频率=2pq。 【考查考点】遗传的平衡定律 9. 种群的数量特征和数量变化规律 【典型例题】右图表示出生率、死亡率和种群密度的关系，据此分析得出的正确表述是 A．在K/2时控制有害动物最有效 B．图示规律可作为控制人口增长的依据 C．该图可用于实践中估算种群最大净补冲量 D．在K/2时捕捞鱼类最易得到最大日捕获量答案：C 【经典模型】
模式生物 生物学家通过对选定的生物物种进行科学研究，用于揭示某种具有普遍规律的生命现象。此时，这种被选定的生物物种就是模式生物。比如：孟德尔在揭示生物界遗传规律时选用豌豆作为实验材料，而摩尔根选用果蝇作为实验材料，在他们的研究中，豌豆和果蝇就是研究生物体遗传规律的模式生物。由于进化的原因，许多生命活动的基本方式在地球上的各种生物物种中是保守的，这是模式生物研究策略能够成功的基本基础。选择什么样的生物作为模式生物首先依赖于研究者要解决什么科学问题，然后寻找能最有利于解决这个问题的物种。19世纪末20世纪初，人们就发现，如果把关注的焦点集中在相对简单的生物上则发育现象的难题可以得到部分解答。因为这些生物更容易被观察和实验操作，因此，除了在遗传学研究外，模式生物研究策略在发育生物学中获得了非常广泛的应用，一些物种被大家公认为优良的模式生物，如线虫、果蝇、非洲爪蟾、蝾螈、小鼠等。 随着人类基因组计划的完成和后基因组研究时代的到来，模式生物研究策略得到了更加的重视；基因的结构和功能可以在其它合适的生物中去研究，同样人类的生理和病理过程也可以选择合适的生物来模拟。 目前在人口与健康领域应用最广的模式生物包括，噬菌体、大肠杆菌、酿酒酵母、秀丽隐杆线虫、海胆、果蝇、斑马鱼、爪蟾和小鼠。在植物学研究中比较常用的有，拟南芥、水稻等。随着生命科学研究的发展，还会有新的物种被人们用来作为模式生物。但它们会有一些基本共同点： 1）有利于回答研究者关注的问题，能够代表生物界的某一大类群； 2）对人体和环境无害，容易获得并易于在实验室内饲养和繁殖； 3）世代短、子代多、遗传背景清楚； 4）容易进行实验操作，特别是具有遗传操作的手段和表型分析的方法。 背景 早在20世纪最初的20年中，甚至更早到19世纪，人们就发现，如果把关注的焦点集中在相对简单的生物上则发育的现象难题可以得到部分解答。因为这些生物的细胞数量更少，分布相对单一，变化也较好观察。由于进化的原因，细胞生命在发育的基本模式方面具有相当大的同一性，所以利用位于生物复杂性阶梯较低级位置上的物种来研究发育共通规律是可能的。尤其是当在有不同发育特点的生物中发现共同形态形成和变化特征时，发育的普
题型一高中生物学中“模型建构” 1．(2015·天津卷，1)如图表示生态系统、群落、 种群和个体的从属关系。据图分析，下列叙述正确的是() A．甲是生物进化的基本单位 B．乙数量达到环境容纳量后不再发生波动 C．丙是由生产者和消费者构成的 D．丁多样性的形成受无机环境影响 解析根据生态系统、群落、种群和个体的从属关系可以判断出，甲是个体、乙是种群、丙是群落、丁是生态系统。生物进化的基本单位是种群，而不是个体，A错误；在自然环境中种群的增长往往呈S型增长，达到K值即环境容纳量后，由于受到各种因素的影响，数量在K值附近呈现波动，B错误；生态系统中的群落根据功能划分包括生产者、消费者和分解者，C错误；生态系统是无机环境和生物群落相互作用的统一整体，所以其多样性的形成受无机环境的影响，D正确。 答案D 2．(2014·福建卷，4)细胞的膜蛋白具有物质运输、信息传递、免疫识别等重要生理功能。下列图中，可正确示意不同细胞的膜蛋白及其相应功能的是()
解析血红蛋白存在于红细胞内，不是在细胞膜上，A错误；抗原对T淋巴细胞来说是信号分子，通过T淋巴细胞膜上的受体来接受，而不是抗体，B错误；受体具有特异性，胰高血糖素应作用于胰岛B细胞上的胰高血糖素受体，而不是胰岛素的受体，C错误；骨骼肌作为反射弧中的效应器，骨骼肌细胞上有接受神经递质的受体，同时葡萄糖进入细胞也需要载体协助，D正确。 答案D 解答此类试题的总体思路：加强对基础知识的理解→迁移、整合→联系实际形成应用能力。也就是说，在复习中要狠抓基础知识，搞清概念的内涵和外延，明确原理的内容、适用对象和条件，尤其要对教材中主要模型加以梳理整合。在此基础上要学会对相关概念、原理的迁移和整合，达到举一反三的目的；最后学会应用相关原理、概念去解决生产生活中的实际问题，也就是要培养应用能力。 1．模型及类型 (1)模型：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，这种描述可以是定性的，也可以是定量的；有的借助于具体的实物或其他形象化的手段，有的则通过抽象的形式来表达。 (2)模型类型： ①概念模型：即构建相关概念、原理及生理过程的内在包含关系。 ②物理模型：物理模型是指以实物或图画形式直观地表达认识对象的特征。如沃森和克里克
高中生物学新课程中的模型、模型方法及模型建构 谭永平（人民教育出版社/课程教材研究所北京100081） 摘要：模型和模型方法在科学研究中发挥着重要作用，它在中学生物学课程中也具有重要的教育意义，理解模型和领悟模型方法已经成为高中生物学课程内容的一个组成部分。理解模型和领悟模型方法的 重要方式就是进行模型建构活动。要较全面地理解模型方法的作用，既需要以进行一定数量的模型建构活 动为基础，更需要在模型建构活动中实现行为与思维的统一。 关键词：高中生物学模型 教育部2003年颁布的《普通高中生物课程标准（实验）》（以下简称为课程标准）中，明确将获得生物学模型的基本知识作为课程目标之一，并在内容标准或活动建议部分做了具体的规定。这是我国中学生物学课程发展历史上第一次如此重视“模型”。然而，由于以往对“模型”所提不多，相关理论探讨和实践案例不太丰富，有些教师在教学时感到迷茫。尽管高中课程改革的实验区越来越多，实施课程标准的教学探索也已有若干年，但类似问题却依然存在。本文探讨总结了高中生物学新课程中的模型和模型方法，以及如何在教学中进行模型建构的问题。 1. 高中生物学课程中的模型和模型建构 模型是人们按照特定的科学研究目的，在一定的假设条件下,再现原型客体某种本质特征（如结构特性、功能、关系、过程等）的物质形式或思维形式的类似物。作为一种现代科学认识手段和思维方法, 模型具有两方面的含义: 一是抽象化, 二是具体化。一方面,我们可以从原型出发, 根据某一特定目的, 抓住原型的本质特征, 对原型进行抽象、简化和纯化, 建构一个能反映原型本质联系的模型, 并进而通过对模型的研究获取原型的信息, 为形成 理论建立基础。另一方面, 高度抽象化的科学概念、假说和理论要正确体现其认识功能, 又必须具体化为某个特定的模型, 才能发挥理论指导实践的作用。所以, 模型作为一种认识手段和思维方式, 是科学认识过程中抽象化与具体化的辩证统一[1]。建立模型的过程，是一个思维与行为相统一的过程。通过对科学模型的研究来推知客体的某种性能和规律，借助模型来获取、拓展和深化对于客体的认识的方法, 就是科学研究中常用的模型方法[2]。 在现代生物学研究中经常使用模型方法，通过寻找变量之间的关系, 构建模型，然后依据模型进行推导、计算，作出预测。DNA双螺旋结构的发现过程就是一个非常典型的例子。 模型方法在科学研究中具有重要作用，它在中学生物学课程中也有着重要的教育意义。美国《国家科学教育标准》指出，学生的探究活动最终应该构造一种解释或一个模型。我国课程标准也很重视模型的教育意义：在课程目标部分对模型有了明确的要求，在具体内容标准和活动建议部分也列出了“尝试建立真核细胞的模型”、“尝试建立数学模型”、“制作DNA 分子双螺旋模型”等内容。高中生物学教材中，在用语言表述生命现象和生命活动规律的同时，也经常用模型来进行解释，模型已经成为高中生物学知识内容的一部分。例如，杂交过程图解事实上就是一个模型，它按遗传学规律把杂交过程简化，用以反映和解释杂交试验的过程和结果，并能通过演绎推理来预测某些杂交试验的结果[3]。人教版高中生物新教材《遗传与进化》中，用了图解式解释模型来阐述达尔文自然选择学说的要点。在某种意义上，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。 高中生物学课程中的模型建构活动，则是根据课程标准的要求设计的，让学生结合具体生物学内容的学习而进行的建立模型的活动。值得注意的是，中学生物学课程中的模型建构与科学研究中的建立模型既有联系又不完全等同：前者以后者为基础，它们的思维过程在本质上应是一致的；但两者的目的不同，建构背景不同，建构过程也不完全相同。高中学生建构模型时，多数是在背景知识清晰的情况下进行的。例如，沃森和克里克建立DNA双螺旋结构模型的目的，是为了揭示当时并不清楚的DNA分子结构。他们的工作是建立当时其他科
生物科学研究方法 ?科学研究方法： 1、假说——演绎法 ①提出假设 ②演绎就是推理 ③实验验证假设和推理 ④得出结论 2、同位素示踪法：同位素示踪法是利用放射性核素或稀有稳定核素作为示踪剂对研 究对象进行标记的微量分析方法 3、科学的研究方法包括：归纳法、类比推理法、实验法和演绎法。 ①归纳法：是从个别性知识，引出一般性知识的推理，是由已知真的前提，引出可能 真的结论。它把特性或关系归结到基于对特殊的代表（token ）的有限观察的类型；或公 式表达基于对反复再现的现象的模式（pattern ）的有限观察的规律。 ②类比推理法：类比推理这是科学研究中常用的方法之一。类比推理是根据两个或两 类对象有部分属性相同，从而推出它们的其他属性也相同的推理。简称类推、类比。它是 以关于两个事物某些属性相同的判断为前提，推出两个事物的其他属性相同的结论的推理。 ③实验法：通过试验的论证得出所需数据，进行分析后得出结论。分为：化学物质的 检测方法；实验结果的显示方法；实验条件的控制方法；实验中控制温度的方法 ④演绎法：从普遍性结论或一般性事理推导出个别性结论的论证方法。演绎法得出的 结论正确与否，有待于实践检验。它只能从逻辑上保证其结论的有效性，而不能从内容上 确保其结论的真理性。也可以从逻辑思维，逆向思维和想象思维延伸到其结论该以反证明。 4、实验必须遵守的原则： ①设置对照原则：空白对照；条件对照；相互对照；自身对照。 ②单一变量原则； ③平行重复原则 5、实验的特性：对照，统一性质。提出问题；设计方案；讨论结果；分析问题。分 为科学实验；验证性实验；对照实验等。 ?知识拓展：
高中生物数学模型问题分析 生命科学是自然科学中的一个重要的分支。在高中生物课程中，它要求学生具备理科的思维方式。因此在教学中，教师应注重理科思维的培养，树立理科意识，渗透数学建模思想。本文在此谈谈，在生物教学中的几个数学建模问题。 1 高中生物教学中的数学建模 数学是一门工具学科，在高中的物理与化学学科中广泛的应用。由于高中生物学科以描述性的语言为主，学生不善于运用数学工具来解决生物学上的一些问题。这些需要教师在平时的课堂教学中给予提炼总结，并进行数学建模。所谓数学建模(Mathematical Modelling)，就是把现实世界中的实际问题加以提炼，抽象为数学模型，求出模型的解，验证模型的合理性，并用该数学模型所提供的解答来解释现实问题，我们把数学知识的这一应用过程称为数学建模。在生物学科教学中，构建数学模型，对理科思维培养也起到一定的作用。 2 数学建模思想在生物学中的应用 2．1 数形结合思想的应用 生物图形与数学曲线相结合的试题是比较常见的一种题型。它能考查学生的分析、推理与综合能力。这类试题从数形结合的角度，考查学生用数学图形来表述生物学知识，体现理科思维的逻辑性。 例1：下图1表示某种生物细胞分裂的不同时期与每条染色体DNA含量变化的关系；图2表示处于细胞分裂不同时期的细胞图像。以下说法正确的是（） A、图2中甲细胞处于图1中的BC段，图2中丙细胞处于图1中的DE段 B、图1中CD段变化发生在减数Ⅱ后期或有丝分裂后期 C、就图2中的甲分析可知，该细胞含有2个染色体组，秋水仙素能阻止其进一步分裂 D、图2中的三个细胞不可能在同一种组织中出现 解析：这是一道比较典型的数形结合题型：从图2上的染色体形态不难辨别甲为有丝分裂后期、乙为减Ⅱ后期和丙为减Ⅱ中期；而图1中的AB段表示的是间期中的（S期）正在进
第2章第2节生物学研究的基本方法 教学目的 1、说出实验法研究的一般步骤； 2、尝试设计简单的实验并控制实验条件； 1、根据实验数据建立一个表格并分析数据。 教学重点 实验法研究的的一般步骤 课时安排 2课时。 教学方法 观、思、读、探相结合 板书设计 第2节生物学研究的基本方法 一、生物学研究的基本方法 观察法、调查法、分类法、文献法、实验法 二、实验法的一般步骤 1、实验法示例——响尾蛇是如何追寻它放走的猎物的 2、活动“讨论实验法基本程序” 发现并提出问题——收集与问题相关的信息——作出假设——设计实验方案——实施实验并计录——分析实验现象——得出结论 三、用实验法研究影响生物分布的环境因素——活动“探究影响分布鼠妇的环境因素”教学过程 第一课时以实验法研究的示例“响尾蛇是如何追寻它放走的猎物的”为核心，探究实验法基本程序的。 复习提问：①上节课我们学习哪四位具有代表性的科学家？②他们的研究成果是什么？③他们的研究方法是什么？ (回答：略。)
导入：他们的研究方法有观察法、调查法、分类法、文献法、实验法。这就是生物学研究的基本方法，而其中实验法是现代生物学研究的重要方法。那么实验法包括哪些内容呢？ 阅读书P27——28，看看科学家们对提出的问题是如何分析，进行实验的，在阅读过程中注意思考这么几个问题：①这个实验要解决什么问题？②科学家们做出了什么样的假设？ ③这个假设是根据什么做出的或者说在作假设前科学家都做了哪些工作？④实验中人为控制的条件是什么？⑤为什么要强调多次重复以上的实验？（同学们边回答教师边讲解，加深同学们的认识。） 结合影片，师生共同完成下表； 响尾蛇是如何追寻它放走的猎物的 着事先设 ：将一只没有被响尾蛇袭击过的死老鼠，沿着事先设定的弯曲路径， 进行实验，观察到响尾蛇的头缓慢地左右移动，同时它的舌迅速
浅谈模型教学在高中生物新教材中的使用 四川省遂宁市高级实验学校刘鑫 关键词：模型构建概念模型物理模型数学模型 20世纪30年代，贝塔朗菲在提出机体系统论概念的同时，主张用数学和模型方法研究生命现象。从此模型方法开始在生物学领域应用。《普通高中生物课程标准(实验)》明确强调:学生应"领悟假说演绎,建立模型等科学方法及其在科学研究中的应用","领悟系统分析,建立数学模型的科学方法及其在科学研究中的应用";同时新考试大纲重新对高考所要考查的能力进行了界定,明确了假说演绎,建立模型,系统分析等科学研究方法在能力要求中的地位.无论在科学研究还是在学习科学的过程中,模型和模型方法都起着十分重要的作用.课程标准已将模型纳入基础知识范畴,并且将模型方法规定为高中学习必须掌握的科学方法之一,在近年来的生物高考试题的设计中也有所体现.那么,什么是模型,模型方法教育模型方法在新教材的哪些地方如何体现，在教师的教与学生的学中起什么作用呢如何构建相应的模型 一、模型的概念及分类 高中新课程必修1对模型的定义是:"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描述,这种描述可以是定性的,也可以是定量的;有的借助具体的实物或其他形象化的手段,有的则通过抽象的形式来表达".模型可分为物理模型,概念模型,数学模型。物理模型是指以实物或图画形式直观的表达认识对象特征的模型。如必修1的“细胞膜的流动镶嵌模型”, “真核生物的三维结构模型”,必修2的“DNA分子双螺旋结构模型”。概念模型是指以文字表达来抽象概括出事物本身特征的模型,如达尔文的自然选择学说的解释模型等。数学
模型是指用来描述一个系统或他的性质的数学形式,如“J”种群增长的数学模型 Nt=N0λt ,种群基因频率变化的数学模型等。 二、模型的构建及应用 1概念模型 新课标中对关于理解能力的要求: 旧:能把握所学知识的要点和知识之间的内在联系. 新:能理解所学知识的要点,把握知识间的内在联系,形成知识的网络结构. 区别:在"把握"的基础上,增加了"理解",并能"形成知识的网络结构". 解读: 新课标强调图文转换和知识联系,引导学生构建知识网络和提高信息转化能力。 如何绘制概念模型 首先，确定主题并置围绕主题写出关键概念和概念等级，然后，将主题概念放在顶端或中央，向下或四周按概念等级一层一层辐射开来，并用线条把概念连接起来，并用连接词语注明连线，连接词语应
模型建构在高中生物教学中的应用 模型是人们为了某种特定目的而对认识对象所做的一种简化的描述，这种描述可以是定性的，也可以是定量的；有的借助于具体的实物或其他形象化的手段，有的则通过抽象的形式来表达。 一、关于模型的形式或种类，不同论著中的说法有所相同。人教版新教材中模型有三种，其含义如下：物理模型是指以实物或图画形式直观地表达认识对象特征的模型，如人工制作或绘制的DNA分子双螺旋结构模型、真核细胞三维结构模型等；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；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“J”型种群增长的数学模型Nt=N0λt、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。应该指出，物理模型既包括静态的结构模型，如真核细胞的三维结构模型、细胞膜的流动镶嵌模型等；又包括动态的过程模型，如教材中学生动手构建的减数分裂中染色体变化的模型、血糖调节的模型等。 二、模型建构的意义及教学应用 模型的方法是以研究模型来揭示原型的形态、特征和本质的方法，是以简化和直观的形式来显示复杂事物或过程的手段。在生物学教学中，如果能在教师的引导下，让学生在一定的情境中通过自己动手，建构相关模型来学习生物学知识，将会非常有利于学生对相关知识的掌握。在模型建构教学活动中，是以学生为主体，以建构模型为主线，让学生去探索、交流和学习，注重学习过程的主动性和积极性，而学生一旦掌握了模型建构的方法，也就掌握了一种科学研究的方法，这正符合新课改理念。 下面就以教材中介绍的三种模型在具体的教学活动中的应用为例，展示模型建构的实际意义。 1.建构概念模型，梳理知识间内在关系 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。 人教版《遗传与进化》模块中，在《现代生物进化理论的由来》一节，教材借助一个理论模型来介绍达尔文的自然选择学说（见下图）。
科学探究专题复习 成都石室蜀都中学刘玮琦 一．教学目标 1.知识目标：掌握科学探究及其基本方法。 2.能力目标：能够提出问题，作出假设，设计实验以及得出结论。 3.情感目标：体会实事求是、严谨求实的科学态度，确立关爱生命、关爱环境的情感意识。 二．教学重难点 1.教学重点：掌握科学探究的基本步骤 2.教学难点：掌握科学探究的基本步骤 三．教学准备 收集相关资料，整理科学探究相关考题。 四．教学过程 (一)复习要点： 1、尝试书面表达问题：尝试根据日常生活、资料信息发现问题、提出问题、表达问题。其中的提出问题要紧扣题目，采用一般疑问句，并应考虑是否可以开展。 2、应用已有的知识，对问题的答案提出可能的设想——即作出假设。作出假设要紧扣问题，可有正面或反面(肯定或否定)两种截然不同的假设。 3、拟定探究计划，列出所需要的材料与用具，选出控制变量，设计对照实验。⑴要使实验结果具有说服力，关键是要设置对照实验。而一组对照实验应包括一个实验组和一个对照组，凡是没有设置对照实验的实验设计都是不合理的。⑵设计对照实验时，实验组与对照组控制的变量(即实验组与对照组不同的条件)只允许一个(即注意控制单一变量)，而控制的变量往往在题干或提出的问题中有体现。如要“探究光对叶绿素形成的影响”，该实验控制的变量就是光(或光照)。在控制变量的过程中，变量要相对立，而且要尖锐(如光照充足与黑暗、适温与低温、有水与无水等)，对照实验中，除变量外，其它因素(条件)要完全相同(即等量原则)。⑶为排除偶然性，减少实验误差，使实验结果更真实，还要考虑设置重复实验。重复实验可进行多次实验过程；也可用多只动物、多粒种子(或多棵生长情况相同的幼苗)等进行一次实验。以上①②③三点是我们改正实验设计的有关不足之处的原理和依据。 4、描述现象，处理数据，得出结论。科学探究中的描述现象与得出结论是不相同的：描述现象是把实验组与对照组产生的现象用文字(或用表格数据统计)形式描述出来。其中的实验结果预测(或预测实验结果)和描述实验现象往往是一样的。而得出结论是必须经过有关数据的处理、有关现象分析讨论后得出的该探究活动最终的实验结论，该结论往往与假设相同或相反。 （二）经典中考题目点拨 《科学探究》专题复习 1.实验“验证绿叶在光下合成淀粉” 知识背景： (1)实验前2一3天，把盆栽的天竺葵放于暗处。（目的：消耗掉叶片中的淀粉） (2)在经过黑暗处理的实验材料上选1-2片生长 健壮的
一．学习目标：（重难点） 1.初步认识生物 2.区别生物和非生物 3.说出生物特征 能力目标：通过积极主动参与讨论培养学生观察、区别能力和发散思维能力。 情感目标：、通过“生物的生命现象”的讨论，培养学生热爱大自然和关爱生物的良好品质。 二．预习导学：（学一学） 阅读课本相关内容，小组合作填空： 1、显微镜的反光镜有平面和凹面，光线强时用 _____ 面镜，光线弱时用 _____ 面镜。 2、遮光器的上面有大小不等的圆孔，叫做，光线弱的时候用。 3、显微镜的物镜分高倍镜和低倍镜，从外观来看，短而粗的是，长而细的是。初中阶段，一般只需要使用。 4、转动时，可以大幅度升降镜筒；转动时，镜筒升降幅度较小，可以使物像更清晰。 5、物象的放大倍数= 乘以。 三．预习收获和障碍： 科学观察可以直接用__________，也可以借助_______、__________等仪器，或利用__________等工具，有时还需要_________________。 四．合作交流议一议： （一）预习交流（处理预习中的问题） 1．写出显微镜的各结构名称（图②）： ①___________ ②___________ ③___________ ④___________ ⑤___________⑥___________ ⑦___________ ⑧___________ ⑨___________ ⑩___________⑾___________ ⑿___________ ⒀___________ 2．写出下列实验器材的名称（图①）： 图①图② （二）课堂研讨（展示才能说一说，先练后展） 仔细观察教师的演示实验，说出下列实验器材的正确用 法： 1、试管夹夹试管时应从试管底部往上套，夹在试管的 _______。 2、酒精灯的灯焰分为外焰、内焰、焰心，___________ 温度最高。灯帽拿下应正放在桌上，熄灭酒精灯时用_______。 3、试管和烧杯，可直接加热的是___________，需垫上 石棉网的是___________。 4、给试管内液体加热时：液体的体积不能超过试管容积 的___________；加热时，试管应倾斜（与桌面成45），加热 过程中应不时___________移动试管，管口不能对着______。 五．反思提升（想一想） 下列关于科学观察的说法，不正确的是（） A．科学观察是科学探究的一种基本方法 B．科学观察必须借助有关用具才能进行 C．观察时要全面、细致和事实就是，并及时记录下来 D．观察时要积极思考，多问几个为什么 六．课堂检测（小试牛刀做一做） 1、显微镜的物镜是40x，要观察放大600倍的物像，应 选用的目镜是（） A．20× B.15× C．10× D.5× 2、用显微镜观察洋葱表皮细胞装片的同一部位，下列哪 种目镜和物镜的组合，在视野中所看到的细胞数目最多（） A．目镜10×；物镜10× B.目镜10×；物镜40× C．目镜15×；物镜10× D.目镜5×；物镜40× 3、在光线条件比较差的实验室内使用显微镜时，应 该（） A. 调大光圈，用平面反光镜 B．调大光圈，用凹面反光镜 C．调小光圈，用平面反光镜 D．调小光圈，用凹面反光镜 4、使用普通光学显微镜时，转动下列哪个结构，能较大 范围地升降镜筒（） A．转换器 B．遮光器 C．粗准焦螺旋 D．细准焦螺旋 5、图②是显微镜结构图，请据图回答： （1）用来调节光线强弱的结构是［］和［］。 （2）转动时，镜筒升降幅度很小的结构是［］。 （3）接近玻片标本的镜头是［］。 （4）光线经过反光镜反射后进入镜筒，我们能通过目镜 观察到物像。光线经过显微镜的［］、［］、 ［］、［］、［］这几个部件。 自我评价：教师评价：日期：陇县城关镇中学“导学案”设计稿 七年级班姓名：科目：生物课题：《生物学研究的基本方法》课型：主备人：雷满仓审核：组名：
数学模型是指用来描述一个系统或它的性质的数学形式，如探究培养液中酵母菌种群种群数量的变化的实验（必修三），要求学生具有建立数学模型的思想和方法。人教版教科书中也有较多的应用。在《分子与细胞》中有：细胞有氧呼吸的方程式，细胞无氧呼吸的方程式，光合作用的方程式，酶降低化学反应活化能的图解，酶活性受温度影响示意图，酶活性受PH影响示意图，叶绿素和类胡萝卜素的吸收光谱变化曲线，不同细胞的细胞周期持续时间等。在《遗传与进化》中有：黄色圆粒豌豆和绿色皱粒豌豆的杂交实验，果蝇杂交实验图解，种群中基因频率和基因变化等。在《稳态与环境》中有：HIV浓度和T细胞数量的关系，某岛环颈雉种群数量的增长，大草履虫种群的增长曲线，东亚飞蝗种群数量的波动，雪兔和猞猁在90年间的种群数量波动，赛达波格湖能力流动图解，我国人口增长等。 物理模型是指以实物或图画形式直观地表达认识对象特征的模型，物理模型既包括静态的结构模型，如真核细胞的三维结构模型、细胞膜的流动镶嵌模型等；又包括动态的过程模型，如教材中学生动手构建的减数分裂中染色体变化的模型、血糖调节的模型等；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； 1、线粒体比喻成细胞的动力车间—类比法 2、DNA的双螺旋结构—物理模型 3、种群S曲线—数学模型 4、利用高倍显微镜观察叶绿体和线粒体—显微观察法 5、孟德尔遗传规律的发现—假说—演绎法 6、萨顿提说基因位于染色体上的假说—类比推理法 7、利用甲基绿将DNA染成绿色，吡罗红将RNA染成红色—染色法 8、噬菌体侵染细菌的实验—离心法和同位素标记法 9、从盖玻片的一侧滴加蔗糖溶液，另一侧用吸水纸吸引—引流法 10、研究分泌蛋白的合成和分泌途径—同位素标记法
1.神经生物学研究的常用方法 神经科学的发展与的研究方法的进步密切相关。总体上，神经生物学的研究 方法有六大类：形态学方法、生理学方法、电生理学方法、生物化学方法、分子 生物学方法及脑成像技术。 7.1形态学方法 神经生物学研究中常用的形态学方法有束路追踪、免疫组化和原位杂交，其 他还有受体定位、神经系统功能活动形态定位等方法。 7.1.1束路追踪法 追踪神经元之间的联系是神经解剖学研究中的重大目标，它对研究神经元的功能、神经系统的发育和成熟都具有重要意义。这种方法学的建立始于19世纪末的逆行和顺性溃变（顺行溃变指胞体或轴突损伤后的轴突终末的溃变，逆行溃变指去除靶区之后神经元胞体的溃变）研究。20世纪40年代主要手段是镀银染色法，根据变性纤维的形态变化来判断变性纤维。20世纪50年代发展了Nanta法，能遏制正常纤维的染色而仅镀染出变性纤维。但该法不易显示细纤维，1971年Kristenson等将辣根过氧化物酶（HRP）注入幼鼠的腓肠肌及舌肌结果在脊髓和延脑的相应部分运动神经元胞体内发现HRP的积累。不久LaVail正式使用HRP作为轴突逆行追踪，以后遂广泛应用于中枢神经系统的研究。HRP可被神经末梢、胞体和树突吸收，轴突损伤部分也可摄入。在胞体内，HRP的活性可持续4~5天，在溶酶体内对联苯胺呈阳性反应而显现出来。被标记的神经元可以清晰的显示胞体、树突及轴突。 除了HRP标记法，还有荧光物质标记法、毒素标记法、注射染料等方法。 7.1.2免疫组织化学 免疫组织化学术是应用抗原与抗体结合的免疫学原理，检测细胞内多肽、蛋白质及膜表面抗原和受体等大分子物质的存在与分布。这种方法特异性强，敏感度高，进展迅速，应用广泛，成为生物学和医学众多学科的重要研究手段。近年随着纯化抗原和制备单克隆抗体的广泛开展以及标记技术不断提高，免疫组织化学的进展更是日新月异，不仅用于许多基本理论的研究，并取得重大突破，而且也用于疾病的早期快速诊断等临床实际。 组织的多肽和蛋白质种类繁多，具有抗原性。分离纯化人或动物组织某种蛋白质，作为抗原注入另一种动物体内，后者即产生相应的特异性抗体（免疫球蛋白）。从被免疫动物的血清中提取出该抗体，再以荧光素、酶、铁蛋白或胶体金标记，用这种标记抗体处理组织切片或细胞，标记抗体即与细胞的相应蛋白质（抗原）发生特异性结合。常用的荧光素是异硫氰酸荧光素（FITC）和四甲基异硫氰酸罗丹明（TRITC），在荧光显微镜下可观察荧光抗体抗原复合物。常用的酶是辣根过氧化物酶（horseradish peroxidase,HRP,从辣根菜中提取的），它的底物是3，3'－二氨基、联苯胺（DAB）和H2O2,HRP使DAB氧化形成棕黄色产物，可在光镜和电镜下观察。铁蛋白和胶体金标记抗体与抗原的结合，也可在光镜和电镜下观察。 标记抗体被检抗原的结合方式有两种。一是直接法，即如上述用标记抗体与样品中的抗原直接结合。这种方法操作简便，但敏感度不及间接法。间接法是将分离的抗体（第一抗体简称一抗）再作为抗原免疫另一种动物，制备该抗体（抗原）的抗体（第二抗体简称二抗），再以标记物标记二抗。先后以一抗和标记二抗处理样品，最终形成抗原一抗－标记二抗复合物。间接法中的一个抗原分子可通过一抗与多个标记二抗相结合，因此它的敏感度较高，而且目前国内外均有多种标记二抗商品供应，使用方便。间接法中较常用的是一种称之为过氧化物酶－抗过氧化物酶复合物法（peroxidase-antiperoxidase complex
高中生物中的模型种类 在教学过程中微观、复杂的内容给学生和教师会带来一定的困难。在生物学研究中，由于种种原因，不能直接对研究对象进行实验时，可以用模型代替研究对象来进行实验。 模型是人们为了某种特定目的而对认识的对象所做的一种简化的概括性描述，这种描述可以是定性的，也可以是定量的。有的借助于具体的实物或其他形象化的手段，有的则通过抽象的形式来表达。这种运用模型解释复杂的研究对象的方法称之为模型方法 1、物理模型：以实物或图画形式直观地表达认识对象的特征，这种模型就是物理模型。例如沃森和克里克制作的DNA双螺旋结构模型，动植物细胞模式图、细菌结构模式图、分泌蛋白合成和运输示意图（注意用文字表示就是概念模型）等。 在显微镜绘制的细胞图（注意显微镜下的照片不是模型而是实物影像）
2、概念模型：通过分析大量的具体形象，分类并揭示其共同本质，将其本质凝结在概念中，把各类对象的关系用概念与概念之间的关系来表述，用文字和符号突出表达对象的主要特征和联系。例如：用光合作用图解描述光合作用的主要反应过程，甲状腺激素的分级调节等。
3、数学模型：数学模型是用来描述一个系统或它的性质的数学形式。对研究对象的生命本质和运动规律进行具体的分析、综合，用适当的数学形式如，数学方程式、关系式、曲线图和表格等来表达，从而依据现象作出判断和预测。例如：细菌繁殖N代以后的数量N n=2n，孟德尔的杂交实验“高茎：矮茎=3：1”，酶活性受温度影响示意图等。 注意有些模型既是物理模型也是概念模型，例如学生用卡片建立血糖调节模型,有些模型既是物理模型也是数学模型，例如用橡皮泥构建减数分裂中染色体变化模型