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关于高中生物教学的模型建构

关于高中生物教学的模型建构

manbetx登陆  陈云

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[1]。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。

一、高中生物模型的分类

模型的种类很多,人民教育出版社出版的高中生物必修一《分子与细胞》提出模型的形式包括物理模型、概念模型和数学模型等。其他也有将模型归纳为物质模型和思维模型两大类。以下以人教版的分类逐一介绍高中生物中的生物模型。

(一)物理模型 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。包括天然模型和人工模型。

1、 天然模型 在生物研究中会利用动物来替代人体进行实验,在生物课堂上也就可以从自然环境中选择动物或植物体来对照说明研究对象结构或特征。例如:细胞的结构包括细胞膜、细胞质和细胞核。可以选用桃形象说明其结构分布,果皮是最外层的细胞膜,果肉代表细胞质,果核与细胞核比较类似,包括了核膜和核仁。

2、人工模型 以实物为参照的仿制品。放大或缩小实物,但真实反映研究对象的特征或模拟表达生命过程。例如:沃森和克里克制作的DNA双螺旋结构模型、北京自然博物馆展出的细胞模型、北京某中学制作的细胞模型。除立体的三维物理模型之外,在平面上用简化的图形表示研究对象也是一种物理模型,这种图象直观的体现各类具体对象的总体特征以及运动历程。例如: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等[3]

(二)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。

(三)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。

二、高中生物模型的建构

(一)物理模型的建构

1、建构原则

⑴ 科学性和准确性 物理模型要尽可能真实、形象的反映研究对象。根据实物的形状、颜色、大小的比例以及特征来制作,体现出实物的自然顺序和自然位置。例如:选择作为细胞膜的材料,备选的有塑料袋、普通布和弹力布,三种材料哪一种更适合,显然是弹力布更符合细胞膜具有一定的流动性这一特征。

⑵ 实用性 选择简单而又有针对性的模型,操作要方便,组装和拆卸容易,并能反复利用。

⑶ 简易性 模型建构材料时选择容易获得价格便宜材料或者废弃物的再利用,形成良好的节约和环保意识。

⑷ 美观性 在以上原则之后同样也要考虑模型的美观,以及保留价值,构建过程中逐步完善模型。

2、建构过程

物理模型主要是人工模型的建构主要包括以下几个步骤:

⑴选定建构模型的对象,分组收集相关资料,讨论分析模型的特征,初步设计方案。

⑵选择模型建构的材料。

⑶针对材料细化方案中各个步骤,确定模型制作的实施过程和具体分工。

⑷按照分工制作各部分配件,然后将配件组合。

⑸对照设计方案,处理细节以及修补存在的缺陷,完美模型。

⑹与其他各组交流比较,作出合理评价。

(二)概念模型的建构

概念模型的建构主要是体现各个概念之间的关系,《分子与细胞》在第一个单元的自我检测中提出了概念图。概念图就是用概念、连接以及表示概念间关系的连接词来组织和表征知识的工具。有时在概念之间除了关系词之外还有一些简单的符号(+、—)加以说明。画概念图就是概念模型建构的过程。概念图只要是以综合或分层的形式表示概念之间的相互联系,通常关于一个主题或是一个章节内容都可以用概念图的形式表示。

1、通常形式有下列几种:

1知识链法分清概念问的隶属关系,把相关的概念串联成知识链,还可以进一步拓展成知识网络。

2)比较法就是以相近或相对的概念进行比较,明确这些概念的共同点和差异点,从而能够将它们科学有效的区分,使概念的外延和内涵更清晰,从而形成相近或相对概念的知识体系。

3)分析法即将一个概念分成几个点,通过点了解面,从而掌握概念的整体。例如,对教材中“减数分裂”的概念进行逐词逐句挖掘,得到条理化的信息,此后从范围、时期、特点、结果等四个方面进行总结梳理。

4)图解法即将某事物所包含的内容或知识点,用图解的方法表示其动态变化的过程、阶段(或时期)的特点的思维方法。起到化繁为简、重点突出、加深记忆的作用。例如:碳循环过程图解。

2、画概念图大致以下步骤:

⑴ 首先确定主题,或复习章节。

⑵ 整理相关概念,梳理概念定义和联系。

⑶ 将概念置于一定的位置,用箭头连接。

⑷ 在连接之间用连接词表示关系。

3、建议内容:

必修一:光合作用示意图、细胞分裂图解

必修二:中心法则图解、达尔文的自然选择学说的解释模型

必修三:免疫过程图解、过敏反应机理图解、血糖平衡调节模型、甲状腺激素的分级调节

(三)数学模型的建构

1、数学模型的建构一般主要包括五个步骤:

⑴ 模型准备──研究对象,提出问题

⑵ 模型假设──根据问题,提出假设

⑶ 模型建立──根据实验数据,用适当的数学形式对事物的性质进行表达

⑷ 模型的检验──通过进一步实验或观察,对模型进行检验或纠正

⑸ 模型的应用──通过建立的模型对相关现象判断和预测

2、建议内容:

必修一:组成细胞的化学元素饼状图、酶活性受温度影响曲线图、光合作用中随光照强度、温度、CO2浓度等条件变化其光合作用强度的变化曲线、有丝分裂和减数分裂过程中染色体、染色单体以及DNA数量的变化规律、碱基与氨基酸对应关系

必修二:孟德尔的杂交实验“高茎:矮茎=31 、基因分离定律和自由组合定律的图解模型、用数学方法讨论基因频率的变化、探究自然选择对基因频率的影响

必修三:细菌繁殖N代以后的数量Nn=2n同一植物不同器官对生长素浓度的反应曲线、“J

型种群增长的数学模型增长曲线和公式、能量金字塔

三、高中生物教材中可构建模型

(一) 高中生物教材中构建模型相关活动

(其中为数学模型,为物理模型,为概念模型,为课标要求,为教材推荐活动)

序号          题名                                   模块           章节           页码 

尝试制作真核细胞的三维结构模型☆◆  分子和细胞   第三章第三节   P54

利用废弃物品制作生物膜模型☆◇     分子和细胞   第四章第三节     P69

建立减数分裂中染色体变化的模型☆◆  遗传与进化   第二章第一节   P23

制作DNA双螺旋结构模型☆◆        遗传与进化   第三章第二节      P50

5建立血糖调节的模型☆◆▼          稳态与环境   第二章第二节        P26

建构种群增长模型★◆             稳态与环境   第四章第二节          P65

设计并制作生态缸☆◇              稳态与环境   第五章第五节         P112

重组DNA分子的模拟操作☆◇      现代生物科技专题 第一章第一节   P6

(二)高中生物教材中可以利用构建物理模型提高教学有效性的相关知识点

必修一分子与细胞:12个相关知识点,必修二遗传和进化:7个,必修三稳态与环境:9个,现代生物科技专题:10个。

从复杂程度可以将其分为两类:一类为单一模拟实物模型,如DNA的双螺旋结构模型,细菌蓝藻细胞结构模型,突触结构模型等。一类为组合演示模型,如基因表达过程演示模型,有丝分裂、减数分裂过程演示模型,基因工程基本操作演示模型等。

在物理模型制作过程中,要注重培养自己的自主性、创新性、严谨性和学生间的交流合作。)

高中生物必修一、二、三及选修三中可以利用物理模型进行教学的相关知识点:

 

序号

物理模型名称

知识点

1

细菌(蓝藻)细胞模型 

原核细胞的结构特征及原核生物的种类

2

氨基酸的结构模型及脱水缩合过程 

氨基酸分子结构特征及脱水缩合形成肽键过程

3

核苷酸的结构模型及核酸分子的形成 

核苷酸的组成结构及核苷酸链的形成

4

生物大分子的基本骨架-碳链结构模型

生物大分子的基本骨架-碳链

4

线粒体(叶绿体)结构模型              

线粒体(叶绿体)双层膜等相关结构特点

5

动植(高/低等)物细胞结构模型                   

真核细胞的结构组成

6

利用细胞结构模型展示分泌蛋白的形成过程   

分泌蛋白的合成、转运、加工、排出等过程

7

利用两种伞藻结构模型模拟伞藻嫁接实验     

细胞核控制细胞的代谢和遗传

8

细胞核的结构模型                     

细胞核的结构组成

9

生物膜的流动镶嵌模型                  

生物膜的流动镶嵌模型及细胞物质的输入输出

10

模拟降低反应活化能的结构模型           

降低反应活化能的酶

11

ATPADP的相互转化模型

ATPADP的相互转化

12

利用琼脂块模拟细胞大小与物质运输的关系  

细胞体积越大,运输物质效率越低

13

有丝分裂过程演示模型                  

有丝分裂过程

14

细胞的生命历程模型

细胞的生命历程

13

利用小球模拟性状分离比               

一对相对性状杂合子自交后代基因型比例

14

制作两对相对性状杂交F2代基因组合类型板 

两对相对性状杂合子自交后代组合及基因型表现型比例

15

减数分裂过程演示模型               

减数分裂过程

16

DNA的双螺旋结构模型             

DNA的双螺旋结构特点

17

基因的表达过程模型(转运RNA模型,翻译过程等)    

转运RNA结构特点、转录过程、翻译过程

18

染色体结构变异模型                  

染色体片段的缺失、增添、移接以及颠倒引起的变异

19

三倍体无籽西瓜培育过程

 

19

基因工程中基本步骤演示模型             

限制酶切割、DNA连接酶连接、质粒分子结构等

20

内环境组成和内外环境物质交换模型       

内环境的组成成分及与外界环境物质交换过程

21

突触结构模型                      

突触的结构及信息传递过程

22

血糖来源和去向模型                 

血糖平衡

23

利用组合物理模型展示免疫调节过程       

三层防线以及体液免疫、细胞免疫过程

24

构建种群年龄组成的三种类型的模型       

增长型、稳定型、衰退型的相关知识

25

池塘生态系统模型                   

池塘生态系统的种类组成

26

生产者、消费者及分解者的关系模型        

生产者、消费者及分解者关系

27

食物链/网模型                     

食物链的相关知识(如起始、营养级等)

28

利用组合物理模型展示能量流动过程      

  能量在食物链上的流动过程及特点

29

粘性末端和平末端结构模型               

粘性末端和平末端特征

30

重组DNA分子的模拟操作                

DNA分子重组过程

31

PCR反应原理展示模型                   

PCR过程

32

基因表达载体模型                    

基因表达载体的结构特点

33

利用物理模型展示精子变形过程          

精子的变形

34

利用物理模型展示受精卵发育过程         

受精卵的发育

35

牛胚胎性别鉴定和分割示意模型            

囊胚期胚胎的分割技术

36

无废弃物农业能量和物质流动模型        

物质循环再生原理

37

桑基鱼塘模型                      

系统整体性原理

38

四位一体农业生态工程模型            

生态工程的前景