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【摘 要】中学生物教材中安排了大量的模型设计或对已知模型进行分析的内容。模型可以帮助人们对认识的对象作更简化的、透彻的描述，可以是具体的实物、形象化的替代物、也可以是抽象的数学公式或曲线方程……
【关键词】构建模型；创造性；转换；应用
在生物学习中为了学生更好地学习和掌握知识，常常涉及到对教材内容加以物理模型、数学模型或概念模型的建构，或对已知的模型加以研究分析。模型不仅能帮助学生更好地学习生物科学，而且还有助于学生进行科学研究和探索，更好地解决身边的问题；这种方法与物理、化学及数学学科之间有着密切的联系，有助于培养学生学科交叉思想，促进全面发展。笔者在教学过程中注意到了模型教学的重要性，并对所应用的重要模型简单进行了归纳整理。
案例1 物理模型的构建——细胞模型
1-1知识目标：细胞是最基本的生命系统。细胞的基本结构和功能作为必修一的重要知识点之一，在高考中占有很重的分量。要理解生物体复杂的功能，首先必须对最基本的生命系统-细胞的构造有深入的理解。
1-2教学方法：学习细胞的基本结构之前，可以先布置大家预习这部分知识，再让他们根据身边可利用的材料来尝试动手制作细胞的结构模型，带到课堂上展示、评比，培养同学们的预习能力和动脑、动手能力。同学们的积极性可高了。
1-3展示：大部分同学采用了捏橡皮泥来处理细胞各个部分的结构。其中让大家眼睛一亮的是这样一个模型：大大的哈密瓜皮，内部填充了一些泡沫，一个大核桃嵌在中央，一半鸭蛋壳横躺着，其内还粘了一圈弯弯的黄色的毛线，包装苹果的小网袋与大核桃和瓜皮连接着，还有那月亮型的小香蕉……多么逼真的动物细胞。
1-4情感态度和价值观的体现：通过该模型的制作，既充分培养了同学们预习知识的能力，发挥了他们的积极性、主动性和创造性；又培养了他们的动脑、动手能力及相互协作的精神；同时还培养了同学们热爱环境、保护环境和对资源的合理再利用。
案例2 数学模型的构建——种群数量变化规律
任何一个种群都生活在一定的环境中，其数量总会发生规律性的变化。教材在这部分安排了常见的三种类型的数学模型（数学公式、表格及曲线图）讲解。例如：理想状态下一个细菌繁殖N代以后的数量Nn=2n；雪兔在t年后的数量Nt=N0λt1，可以将公式转换成坐标曲线（J型曲线）或表格。三种数学模型各有优缺点，公式计算或表格数据准确但不能反映动态变化情况；曲线图直观但不能准确读取数据。一般我们在宏观研究上更多的还是选择曲线模式。例如有限条件下的逻辑斯蒂S型曲线（图1），种群的数量变化情况直观明了，再利用数学方法对S曲线上的任意一点作切线找斜率，看斜率的变化从而反映出种群数量变化过程中增长速率的变化情况（图2）。对理想环境和自然环境中的种群曲线进行综合比较（图3），阴影部分的含义即为环境阻力所淘汰的个体。根据对图像的理解掌握，就能应用于生产实际：如对有害动物的控制、对森林或海洋资源的合理利用。
图1 图2
图3 图4
曲线图还出现在很多地方，如温度、PH等对酶影响的曲线，恒温动物、变温动物随环境温度的改变耗氧量的不同曲线。所以我们平时要学会对已有模型进行分析，更要学会动手构建模型来解释一些问题：如生态系统中同时存在的抵抗力稳定性与恢复力稳定性之间的一般关系（图4）。
案例3 实物模型的构建—生态缸
3-1联系生活，解释现象：在学习了生态系统的结构和功能以及稳定性后，教师提出现在许多家庭的室内或阳台上都安装了水族箱（生态缸），其内养殖了一些观赏的动植物。同学们一定会对此感到疑问或好奇。
3-2用生物学知识答疑：
生问：我家的鱼缸没有放在窗台上，而是放在室内较阴暗的地方，为什么？
师答：厂家在生产水族箱时已经把灯箱配套安置好了，能满足缸内的水草进行光合作用，所以不需要放在有阳光的地方。
生答：水族箱内的灯箱起到从各方收集光线的作用。
生问：鱼缸中的生物种类很少，稳定性很低，那么鱼应该很快死亡，但我家已经养了很长时间了，为什么？
师答：必须保证水质卫生和清洁。需要对经常换水，或安装了过滤器。
生答：经常换水或安装过滤器，能进行水质过滤重金属等物质同时起到补充无机盐和氧气的作用。
生问：内部有分解者吗？
师答：任何一个生态系统都不能缺少分解者。本身生态缸中水和细沙等中含有一些，另外过滤器中也含有一些有益消化菌，能对鱼的粪便或其它杂质进行分解。
3-3实际操作和观察：在进行了以上答疑后，为同学们顺利建构生态缸模型打下了很好的铺垫。
3-4情感态度和价值观的体现：同学们兴致很高，积极利用可选择的材料构建生态缸。在大家思考和设计的过程中，既升华了课本知识，又培养了他们的观察和实践能力。
案例4 概念模型的建构
构建概念模型能将一些零碎的生物学知识构成有联系的知识网络。便于新授课的开展，更有益于复习课巩固知识。生态系统的能量流动这一小节的学习，同学们对课本文字和流程图常常理解偏位，失分较为严重。
以上只是简单列举了生物教学中出现频率较高的几种模型，当然在生物教学中还会有其他形式的模型出现或需要我们去设计更能解决问题的实用模型，例如必修3中，血糖的平衡调节，这部分知识极其抽象，针对这种看不见、摸不着的现象，为了大家更好理解这部分知识，教材安排了生动的“糖卡”模型建构，通过大家在游戏中扮演角色，模拟血糖的变化，使抽象的知识便于掌握，并且印象深刻。
【参考文献】
[1]《生命科学》2007年6月第19卷第3期 系统生物学中建模方法的研究现状及展望
[2]《中学生物学》2011年第7期 构建数学模型，解决有关生物问题
[3]《生物学通报》2006年第5期 设计制作生态缸 观察“生态系统的稳定性”
（作者单位：江苏省江安高级中学）
【关键词】构建模型；创造性；转换；应用
在生物学习中为了学生更好地学习和掌握知识，常常涉及到对教材内容加以物理模型、数学模型或概念模型的建构，或对已知的模型加以研究分析。模型不仅能帮助学生更好地学习生物科学，而且还有助于学生进行科学研究和探索，更好地解决身边的问题；这种方法与物理、化学及数学学科之间有着密切的联系，有助于培养学生学科交叉思想，促进全面发展。笔者在教学过程中注意到了模型教学的重要性，并对所应用的重要模型简单进行了归纳整理。
案例1 物理模型的构建——细胞模型
1-1知识目标：细胞是最基本的生命系统。细胞的基本结构和功能作为必修一的重要知识点之一，在高考中占有很重的分量。要理解生物体复杂的功能，首先必须对最基本的生命系统-细胞的构造有深入的理解。
1-2教学方法：学习细胞的基本结构之前，可以先布置大家预习这部分知识，再让他们根据身边可利用的材料来尝试动手制作细胞的结构模型，带到课堂上展示、评比，培养同学们的预习能力和动脑、动手能力。同学们的积极性可高了。
1-3展示：大部分同学采用了捏橡皮泥来处理细胞各个部分的结构。其中让大家眼睛一亮的是这样一个模型：大大的哈密瓜皮，内部填充了一些泡沫，一个大核桃嵌在中央，一半鸭蛋壳横躺着，其内还粘了一圈弯弯的黄色的毛线，包装苹果的小网袋与大核桃和瓜皮连接着，还有那月亮型的小香蕉……多么逼真的动物细胞。
1-4情感态度和价值观的体现：通过该模型的制作，既充分培养了同学们预习知识的能力，发挥了他们的积极性、主动性和创造性；又培养了他们的动脑、动手能力及相互协作的精神；同时还培养了同学们热爱环境、保护环境和对资源的合理再利用。
案例2 数学模型的构建——种群数量变化规律
任何一个种群都生活在一定的环境中，其数量总会发生规律性的变化。教材在这部分安排了常见的三种类型的数学模型（数学公式、表格及曲线图）讲解。例如：理想状态下一个细菌繁殖N代以后的数量Nn=2n；雪兔在t年后的数量Nt=N0λt1，可以将公式转换成坐标曲线（J型曲线）或表格。三种数学模型各有优缺点，公式计算或表格数据准确但不能反映动态变化情况；曲线图直观但不能准确读取数据。一般我们在宏观研究上更多的还是选择曲线模式。例如有限条件下的逻辑斯蒂S型曲线（图1），种群的数量变化情况直观明了，再利用数学方法对S曲线上的任意一点作切线找斜率，看斜率的变化从而反映出种群数量变化过程中增长速率的变化情况（图2）。对理想环境和自然环境中的种群曲线进行综合比较（图3），阴影部分的含义即为环境阻力所淘汰的个体。根据对图像的理解掌握，就能应用于生产实际：如对有害动物的控制、对森林或海洋资源的合理利用。
图1 图2
图3 图4
曲线图还出现在很多地方，如温度、PH等对酶影响的曲线，恒温动物、变温动物随环境温度的改变耗氧量的不同曲线。所以我们平时要学会对已有模型进行分析，更要学会动手构建模型来解释一些问题：如生态系统中同时存在的抵抗力稳定性与恢复力稳定性之间的一般关系（图4）。
案例3 实物模型的构建—生态缸
3-1联系生活，解释现象：在学习了生态系统的结构和功能以及稳定性后，教师提出现在许多家庭的室内或阳台上都安装了水族箱（生态缸），其内养殖了一些观赏的动植物。同学们一定会对此感到疑问或好奇。
3-2用生物学知识答疑：
生问：我家的鱼缸没有放在窗台上，而是放在室内较阴暗的地方，为什么？
师答：厂家在生产水族箱时已经把灯箱配套安置好了，能满足缸内的水草进行光合作用，所以不需要放在有阳光的地方。
生答：水族箱内的灯箱起到从各方收集光线的作用。
生问：鱼缸中的生物种类很少，稳定性很低，那么鱼应该很快死亡，但我家已经养了很长时间了，为什么？
师答：必须保证水质卫生和清洁。需要对经常换水，或安装了过滤器。
生答：经常换水或安装过滤器，能进行水质过滤重金属等物质同时起到补充无机盐和氧气的作用。
生问：内部有分解者吗？
师答：任何一个生态系统都不能缺少分解者。本身生态缸中水和细沙等中含有一些，另外过滤器中也含有一些有益消化菌，能对鱼的粪便或其它杂质进行分解。
3-3实际操作和观察：在进行了以上答疑后，为同学们顺利建构生态缸模型打下了很好的铺垫。
3-4情感态度和价值观的体现：同学们兴致很高，积极利用可选择的材料构建生态缸。在大家思考和设计的过程中，既升华了课本知识，又培养了他们的观察和实践能力。
案例4 概念模型的建构
构建概念模型能将一些零碎的生物学知识构成有联系的知识网络。便于新授课的开展，更有益于复习课巩固知识。生态系统的能量流动这一小节的学习，同学们对课本文字和流程图常常理解偏位，失分较为严重。
以上只是简单列举了生物教学中出现频率较高的几种模型，当然在生物教学中还会有其他形式的模型出现或需要我们去设计更能解决问题的实用模型，例如必修3中，血糖的平衡调节，这部分知识极其抽象，针对这种看不见、摸不着的现象，为了大家更好理解这部分知识，教材安排了生动的“糖卡”模型建构，通过大家在游戏中扮演角色，模拟血糖的变化，使抽象的知识便于掌握，并且印象深刻。
【参考文献】
[1]《生命科学》2007年6月第19卷第3期 系统生物学中建模方法的研究现状及展望
[2]《中学生物学》2011年第7期 构建数学模型，解决有关生物问题
[3]《生物学通报》2006年第5期 设计制作生态缸 观察“生态系统的稳定性”
（作者单位：江苏省江安高级中学）