高中生物学教学中的模型构建(共87张)

求学2021.2341教育前沿模型建构是一种重要的科学方法，也是一种重要的思维方法。

生物学的学习内容中蕴含着丰富的模型建构的素材，用好这些素材、充分发挥模型的作用，可以有效地提高学生的学习质量。

培养学生模型建构的能力，能够促进学生理解核心概念的特征和本质，提高学生的核心素养能力。

“细胞各部分结构分工合作”是苏教版高中生物必修1教科书中第2章第2节“细胞——生命活动的基本单位”的重点内容之一，主要包括“生物膜系统”和“分泌蛋白的合成和运输”两个知识点，是上一节内容“结构与功能独特的细胞器”的延续，也与下一节内容“细胞的胞吞和胞吐”等密切相关。

本节内容从系统的角度出发，引导学生用系统分析的方法研究细胞，研究组成细胞的各个组分是怎样既相对独立又紧密联系的，细胞的生命活动是怎样通过各组分的协调配合而完成的。

以往笔者对这节内容的处理都是紧扣教材、按部就班、直接讲解，导致单独提问某一个细胞结构时，学生能说出它的作用，但当习题里出现综合型的曲线图或柱形图分析时（如图1），学生就会一头雾水，不能建立整体联系。

为此，对这节课的教学处理，笔者做了新的尝试。

图1 分泌蛋白合成和运输的曲线图或柱形图分析那么，教师如何创建一个有效情境，迅速把学生从课间休息拉回课堂呢？兴趣是最好的老师，笔者考虑到班级男生较多，男生大多对汽车感兴趣的情况，就在网络上找了一段日本汽车生产车间的视频，剪辑成合适时长，同时配了旁白：“一辆精致的汽车需要工厂各个车间和部门之间的协调配合才能生产出来，而细胞也类似于这样一个工厂，各个细胞器相当于一个个独立的车间，它们各司其职，同时又配合默契，共同完成一系列复杂的生命活动。

”果然，这样的素材引起了学生极大的兴趣，瞬间把他们的注意力从课间拉回到了课堂，同时也自然地引出了本节新课“细胞各部分结构分工合作”。

细胞内各结构分别有怎样的结构特点和功能？它们是如何协调配合完成一系列生命活动的呢？在学完本节第一课时的内容“结构与功能独特的细胞器”之后，笔者利用国庆长假布置了手工作业——动植物细胞亚显微结构的模型制作（见图2），这也就成了本节课的第一个“模型建构”策略在生物学教学中的运用——“细胞各部分结构分工合作”叙事案例■ 江苏省南京汉开书院 吴 慧摘　要：文章就“细胞内各部分结构分工合作”这一节课，叙述了传统的教学策略及这种处理方法存在的一些缺陷。

浅谈高中生物各种模型的构建和转换刘建峰（广东省汕头市澄海区苏北中学515829）实行新课标之后，在全国高考生物科考试大纲考试内容部分考核目标与要求中，关于实验与探究能力有如下要求：具有对一些生物学问题进行初步探究的能力，包括运用观察、实验与调查、假说演绎、建立模型与系统分析等科学研究方法。

其中建立模型是新课标探究教学中一个难点。

下面就模型的种类、构建和转换特点进行具体的分析。

1．模型的概念和种类必修1教材对模型的定义是：“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”。

《美国国家科学教育标准》中的表述是：“模型是与真实物体、单一事件或一类事物对应的而且具有解释力的试探性体系或结构。

关于模型的形式或种类，不同论著中的说法有所相同。

人教版新教材中所说的三种模型的含义如下：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N=N0λt。

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t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。

下面这道试题就是要求学生判断模型种类的：（2008年汕头市一模，10．）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。

模型的形式有多种，下列各项中正确的是：A．沃森和克里克的DNA双螺旋结构模型属于物理模型B．种群增长模型属于生物模型C．血糖调节模型属于化学模型D．生物膜的流动镶嵌模型属于概念模型（参考答案与解析：种群增长模型属于数学模型，血糖调节模型属于动态物理模型 ，生物膜的流动镶嵌模型属于物理模型；选A ）２.模型的构建和重建我们在课本上可以看到许多模型构建的具体实例，如尝试制作真核细胞的三维结构模型，利用废旧物品制作生物膜模型，建立动态的血糖调节的模型，培养液中酵母菌种群数量的变化模型等。

数学模型的建构在高中生物教学中的应用实例高中生物学教学中常用到模型构建来辅助教学，以加深学生对知识的理解。

模型是人们为了某种特定的目的而对认识对象所作的一种简化的概括性的表达形式，这种描述可以是定性的，也可以是定量的，包括物理模型、概念模型、数学模型等。

数学模型既可以定性描述也可以定量描述，笔者在教学中结合高中数学的知识内容，建构一些数学模型取得一定的效果，实例如下：实例1：新课程标准教科书《遗传与进化》模块，遗传规律是教学中的一个重点，又是一个难点。

基因自由组合定律以及伴性遗传学生按照教科书上的方法理解很难的，因为教科书是按照孟德尔和摩尔根研究过程来编排这段知识，那时的科学技术以及数学方法都比现在落伍很多，当时的科学家花了很多时间才弄清楚其中的规律性，现在大凡的学习者理解就很困难了。

利用高中数学方法构建模型，就能有用地突破这个难点。

建构数学模型：控制生物相对性状的一对基因是一个事件；控制生物另外一相对性状的一对基因是另一事件。

在基因自由组合定律中，这两对基因位于非同源染色体上，所控制的两对性状就是两个相互独立的随机事件。

相对性状中例外的表现是互斥事件如豌豆的圆粒与皱粒，表现为圆粒性状就不可能是皱粒，反过来也一样。

假设一性状的遗传为事件A，其出现的概率为m，则其相对性状则记为■其概率为1-m，因为他们是互斥事件。

另一性状的遗传为事件B，其出现的概率为n，则其相对性状记为■其概率为1-n。

那么两事件同时出现的概率就是P（A，B）=P（A）×P（B）=mn。

以孟德尔豌豆杂交实验为例说明。

豌豆的遗传性状中，种子籽粒的颜色是种性状，有黄色和绿色两种，他们是互斥事件，若记黄色为事件A则绿色为■。

种子籽粒形状是种性状，有圆粒和皱粒两种，他们也是互斥事件，若记圆粒为事件B，则皱粒为■。

籽粒的颜色与性状是两相互独立的随机事件。

在杂交试验中黄色圆粒豌豆与绿色皱粒豌豆杂交，F1全为黄色圆粒；再自交，后代F2出现四种性状组合：黄色圆粒、黄色皱粒、绿色圆粒、绿色皱粒，性状分离比为9∶3∶3∶1。

模型建构在高中生物教学中的应用一、教学任务及对象1、教学任务本教学任务围绕“模型建构在高中生物教学中的应用”展开，旨在通过引导学生构建生物学模型，提高学生对生物概念、原理和过程的理解与应用能力。

课程内容主要包括：模型的定义与分类、模型建构的方法与步骤、模型在生物教学中的应用实例等。

通过本教学任务，使学生能够掌握模型建构的基本技能，并能在实际生物学习过程中运用模型进行分析、解决问题。

2、教学对象本教学任务针对的是高中学生，特别是对生物学科有一定兴趣和基础的学生。

考虑到学生的年龄特点和认知水平，教学过程中将采用生动形象、贴近生活的案例，以及具有启发性的问题，激发学生的学习兴趣和探究欲望。

同时，注重培养学生的团队合作意识和批判性思维，使他们在学习过程中形成良好的学习习惯和科学素养。

二、教学目标1、知识与技能（1）理解模型的定义、分类及其在生物科学中的应用。

（2）掌握模型建构的基本方法与步骤，包括数据收集、假设提出、模型构建、模型验证等。

（3）运用模型分析生物现象，解释生物学原理，解决实际问题。

（4）运用数学和逻辑思维，将生物学问题抽象为模型，提高分析问题的能力。

2、过程与方法（1）通过小组合作，培养学生团队协作能力和沟通技巧。

（2）学会运用比较、分析、综合等思维方式，提高解决问题的策略和方法。

（3）培养学生自主探究、批判性思维和创新能力，形成科学的研究方法。

（4）通过实例分析，让学生在实践中学会如何运用模型，提高学习的针对性和实用性。

3、情感，态度与价值观（1）培养学生对生物学科的兴趣，激发他们探索生命奥秘的欲望。

（2）通过模型建构的过程，让学生体验科学研究的艰辛与快乐，培养他们坚持不懈、勇于探索的精神。

（3）提高学生的环保意识，使他们认识到保护生物多样性和生态环境的重要性。

（4）培养学生尊重事实、严谨求实的科学态度，形成正确的价值观。

（5）通过团队合作，培养学生互相尊重、包容合作的品质，增强集体荣誉感。

数学模型的建构在高中生物教学中的应用实例摘要：建构数学模型辅助生物学教学，对生物学教学有极大的促进作用。

新课程标准教科书大量采用数学函数曲线以及各种数学表格、数学术语对生物学有关现象原理进行定性或定量描述。

在教学中应用数学模型可以训练学生严谨的科学思维和加强对生物知识的理解。

关键词：数学模型；生物教学；实验高中生物学教学中常用到模型构建来辅助教学，以加深学生对知识的理解。

模型是人们为了某种特定的目的而对认识对象所作的一种简化的概括性的表达形式，这种描述可以是定性的，也可以是定量的，包括物理模型、概念模型、数学模型等。

数学模型既可以定性描述也可以定量描述，笔者在教学中结合高中数学的知识内容，建构一些数学模型取得一定的效果，实例如下：实例1：新课程标准教科书《遗传与进化》模块，遗传规律是教学中的一个重点，又是一个难点。

基因自由组合定律以及伴性遗传学生按照教科书上的方法理解很难的，因为教科书是按照孟德尔和摩尔根研究过程来编排这段知识，那时的科学技术以及数学方法都比现在落后很多，当时的科学家花了很多时间才弄清楚其中的规律性，现在一般的学习者理解就很困难了。

利用高中数学方法构建模型，就能有效地突破这个难点。

建构数学模型：控制生物相对性状的一对基因是一个事件；控制生物另外一相对性状的一对基因是另一事件。

在基因自由组合定律中，这两对基因位于非同源染色体上，所控制的两对性状就是两个相互独立的随机事件。

相对性状中不同的表现是互斥事件如豌豆的圆粒与皱粒，表现为圆粒性状就不可能是皱粒，反过来也一样。

假设一性状的遗传为事件a，其出现的概率为m，则其相对性状则记为■其概率为1-m，因为他们是互斥事件。

另一性状的遗传为事件b，其出现的概率为n，则其相对性状记为■其概率为1-n。

那么两事件同时出现的概率就是p（a，b）=p（a）×p（b）=mn。

以孟德尔豌豆杂交实验为例说明。

豌豆的遗传性状中，种子籽粒的颜色是种性状，有黄色和绿色两种，他们是互斥事件，若记黄色为事件a则绿色为■。

教学·策略高中生物学教学中建构物理模型的现状和实践———以“分子与细胞”为例文|陈云物理模型是三大模型中最普遍的一种，它在高中生物学中的应用具有覆盖面广、简单化、直观等特点，如果学生能建立一个高效的物理模型，就可以直观地感受到生物学中那些难以观察到的、抽象的、理论性强的知识，从而更好地了解和掌握这些知识，也能够对生命现象和规律的本质特征有更深的认识。

教师引导学生构建物理模型的过程，既可以提高学生的协作沟通能力，又可以提高学生主动建构知识、批判性思维和协作沟通的能力，使之能够更好地进行深度学习，进而有效地培养学生的核心素养。

物理模型在高中生物学教学中的引入无论从应用结果还是过程上来说都还不够成熟，面临诸多挑战。

一方面，由于课时有限，教学费用高昂，大部分教师都没有大规模地实施，一般都是由教师直接买来或者自己做一个物理模型，然后再拿出来给大家看，没有让学生亲自动手构建的过程，这对学生来说还只是肤浅的学习，不能很好地发挥物理模型的真正价值。

虽然有部分教师在进行物理建模的工作，但他们更多的是限于自己的体验，尚无具体可行的方法来指导学生构建物理模型。

大多数情况下，师生都将构建物理模型视为一种纯粹的手工活动，学生只会“依葫芦画瓢”，对物理模型的构建缺乏深入的认识，只停留在形式上，致使有关的活动只停留在表层，因而忽略了物理建模活动所蕴含的更深层次的意义，因而未能真正地发挥物理建模活动的功能。

一、引入原型，深度感知阶段“分子与细胞”是高中必修一第3章第1节的内容，其主要内容是讲解了细胞膜的功能成分，与功能的探索历程和流动镶嵌模型等。

“分子与细胞”具有承前启后的作用，一方面，以前一章节组成细胞的分子为基础；另一方面，又为后续关于细胞物质输入和输出的相关学习做铺垫。

由于高一学生在学习思维方面已经逐渐成熟，再加上学生具有较强的好奇心和探索欲。

在课程设计方面，教师要注意突出活动的趣味性、丰富性，要重点培养学生的科学精神。

模型构建在高中生物教学中的作用和意义西北工业大学启迪中学李颖《普通高中生物课程标准》有三个知识目标，首个知识目标指出：“获得生物学基本事实.概念、原理、规律和模型等方面的基础知识，知道生物科学和技术的主要发展方向和成就，知道生物科学发展史上的重要事件。

”模型建构已经成为高中生物学课程内容的一个重要组成部分。

高中生物新课程教学中的模型建构活动，其主要目的是让学生通过尝试建构模型，体验建构模型中的思维过程，领悟模型方法，并获得或巩固有关生物学概念.必修一教材对模型的定义是“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”。

模型建构方法有很多，主要包括物理模型、概念模型、数学模型。

以下是笔者结合普通高中课程标准实验教科书中的具体实例谈谈三种模型方法在高中生物新课程教学中的应用。

一、物理模型在新课程教学中的应用物理模型就是根据相似原理，把真实事物按比例放大或缩小制成的模型，以实物或图画形式直观地表达现出对象的特征.它可以模拟真实事物的某些功能和性质，其最显著的特点是形象直观。

1、实物物理模型必修教材安排了很多有关实物物理模型建构方面的活动，其中最具代表性的是制作dna双螺旋结构模型。

在教学中，笔者向学生介绍模型建构的方法和基本原则，鼓励学生以小组合作的方式，在课后选择合适的材料用具动手制作dna双螺旋结构模型。

在学生建构好模型后，在班级中开展模型展示和评比，各小组代表向其他同学汇报本小组制作模型的科学性、美观性和创造性。

其他同学可以对模型的不足之处提出质疑，然后拿出自己的模型进行说明，学生在交流的过程中实现了学习的合作与共享。

学生通过制作模型，其主要目的不是揭示dna分子的结构，而是通过制作模型再现难以直接观察到的dna分子的结构，加深对dna分子结构特点的认识和理解，并体验实物物理模型形象直观的特点。

高中生物学教学具象化实物模型构建运用分析学生进入高中阶段所接触到的生物学知识越发抽象，仅凭课本中的文字描述及有关插图，很难充分消化并运用知识，给学生的生物学学习带来了极大的难度，甚至拉低了学生对生物学学科的学习欲望。

而如何更好地开展生物学教学，帮助学生理解并掌握生物学知识，成了当前高中生物学教师所普遍面临的一个重要问题。

在这样的情况下，教师有必要就具象化实物模型构建的教学方式进行合理的运用，以切实改变这一局面，借助实物模型的构建，来提高学生的学习能力，促使其能联系教材，达到更好的学习效果。

一、具象化实物模型概述具象化实物模型是一个相对复杂的概念，所谓具象化就是将原本抽象的事物通过具体的形象表达出来，是相对抽象化而存在的一个概念，实物则在于其依赖于实际物质而构建，具备一定的形态，而模型则是根据物质的基本形态进行的一个模仿过程，可以视为对物质形态的一种复制。

因此综合来看，具象化实物模型就是依据对象物质基本形态，借助于已有实际物质，针对对象所进行的一种模仿或创造性修改所产生的物体，从而将原本抽象的物质形态或者结构，得以具体化，更为直观地展现在人们面前。

二、高中生物学教学具象化生物模型构建原则（一）具体形象的原则在高中生物学教学中，具象化实物模型构建的主要目的是便于开展教学活动，帮助学生理解并掌握有关生物学知识，因此其实物模型的构建必须具体形象，能切实反映出实际物质的特点，从而让学生能根据模型的外观形象特点，对实际物质的结构特点产生深刻认识，提高高中生物学的教学效果。

（二）真实统一的原则具象化实物模型的构建必须真实统一、符合实际，模型的外观尺寸及比例等数据，必须以物质原有的结构特点及形态特征为基础进行构建，从而实现对原有物质的真实模仿，即便出于教学需要在构建模型的过程中，采用简化、艺术化的方式来对模型进行处理，也不应以牺牲模型的真实统一为代价。

（三）简单便捷的原则高中生物学教学时间本身并不充裕，这就使得在课堂教学中留给具象化实物模型构建的时间少之又少，实物模型作为辅助性质的教学工具，其模型的构建应当能在一个相对合理的时间内完成，不应过多地占用课堂教学时间，这就要求具象化实物模型的构建应当简单便捷，能根据现有的材料快速构建，对教学无益的、不必要的复杂步骤应当省去，以更好地降低具象化实物模型构建难度，提高学生对模型的理解。