课程标准确定的能力目标包括操作技能、信息能力和科学探究能力3个方面，其中尤为重视科学探究能力的培养。领悟和运用科学力法，对于发展科学探究能力至关重要。在高中生物课程的3个必修模块中，共同之处是在科学方法教育方面的价值，正如课程标准所指出，3个模块有助于学生“领悟建立模型等科学方法及其在科学研究中的应用”。 模型方法就是把研究对象(原型)的一些次要的细节、非本质的联系舍去、从而以简化和理想化的形式去再现原刑的各种复杂结构、功能和联系的一种科学方法。 模型具有3个基本特点:①是对实际对象的模仿和抽象;②组成体现认识对象系统中的主要因素;③反映主要因素之间的关系。 模型也可分为形象模型(实物模型)和抽象模型两大类。 抽象模型中，概念模型、模拟模型和数学模型是其基本的类型。概念模型是对认识对象系统的一种简化的定性描述，用于表示系统组成和相互关系，它是抽象模型中最基本的模型。模拟模型就是用便于控制的一组条件来代表真实事物特征，通过模仿性试验来了解实体的规律采用数学语言对对象进行定量描述就是数学模型。 1 动手建构模型，领悟和运用建立模型的方法 1.1 建构模型方法也是现代生物研究的重要方法 3个模块 (人教版高中生物)中都有练习对各种模型的构建，具体归纳如表1所示。 1.2 模型的制作 3个模块中模型建立的特点是提供一定的指导，由学生动手动脑建构模型，能力目标是让学生领悟和运用建构模型的方法。例如第三章“制作真核细胞模型”。教材中描述的是在电子显微镜下才能观察到的微细结构，因而学生缺乏感性认识。因此，学生亲身体验模拟制作“细胞”的立体结构模型有助于再现有的实验条件下让细胞变“微观”为“宏观”，而更好地构建他们完整的知识体系。 1.2.1模型的制作过程 我们制作的细胞结构模型是属于实物模型，是对原型的模仿和抽象。现以动物细胞为例，体验建构模型过程: (1)分组进行讨论，动物细胞的结构主要包括哪些，设计制作模型方案。 方案:动物细胞主要结构有细胞膜、细胞质、细胞核，其中细胞质中含各种细胞器，主要有线粒体、内质网、高尔基体、核糖体、中心体、溶酶体等。 (2)寻找和选择材料:泡沫塑料、木板、纸板、橡皮泥、线绳、布、塑料袋、细铁丝、大头针等。 (3)小组讨论制作模型规格(大小，展不的是全部还是局部，平面图还是立体图等)、模型包含的结构等。 (4)讨论材料使用。各种细胞结构用何种材料，细胞结构如何制作，细胞结构之间如何连接等都需讨沦、细化。真实的细胞颜色并不鲜艳，但是可以用不同的颜色区分不同的细胞结构，使细胞的各部分结构特点更加突出，便于观察。 (5 )学生以小组形式合作完成真核细胞的模型制作，并交流成果，作出评价。 (6 )成果:学生做的模型有:①用硬纸壳作“细胞壁”，塑料薄膜紧贴其卜当作“细胞膜”，用橡皮泥精心捏制成各种各样的细胞器;②用精美的包装盒作细胞壁，内有一层硬质的透明壳作细胞膜，用琼脂制作透明的细胞质基质，用中药小药丸作核糖体散放在其内，非常形象自一观，也利于保存和收藏等。 在整个制作过程中，学生讨论分析，分工合作，气氛热烈。 1.2.2模型制作的学习价值 通过模型制作实践活动，进一步探究细胞的结构及功能，使学生由理性认识转向感性认识，更容易把握细胞结构的完整性以及与其功能相适应的结构特点;而且通过分组活动，小组各成员能分工合作，积极思维，互帮互动，相互促进和提高。 2 模型作为工具，用来分析研究对象 2.1 教材中的模型分析 除了学生自己建构模型，教材中还把模型作为工具，用来分析研究对象的组成因素，各因素之间的关系，因素运行的特点，预测评价等，总结如表2。 2.2 教材中的模型做为工具 在生产生活中，模型也可以是工具，定量评价，预测，检验研究对象中特征因素的变化，解决有关的生物学问题。 例如:在 “生物与环境”知识模块中有这样一道题:下面2条食物链，假如生产者的数量一样多，能量传递效率相同，那条食物链中，消费者所包含的能量多? ① 草 - 羊 - 狼;② 草 - 虫子 - 鸟 - 鹰。 学生中的答案普遍有两种(设草固定的总能量为A，能量传递效率为20%)。 第一种:①草 - 羊 - 狼 A  20%A  20%x20%A 消费者所包含的能量=20%A+20%x20%A。 ② 草 - 虫子 - 鸟 -  鹰 A   20%A    20%x20%A 20%x20%x20%A 消费者所包含的能量=20%A+20%x20%A+20%x20%x20%A 所以②食物链消费者所包含的能量大于①中消费者所包含的能量。 第二种:再设第二，第三，第四营养级呼吸作用消耗能量分别为a,b, c。 ①     食物链消费者所包含的能量=A-(a+b); ② 食物链消费者所包含的能量=A-(a+b+c)。 结果与第一种相反，这两种好象都有道理，孰错孰对? 教材中提供了生态系统能量流动的概念模型，定量描述能量流动的特点: 从模型分析，每个营养级(除了第一营养级外)的能量由上一个营养级传递而来，能量去向有3个:自身的呼吸作用，传递给下一个营养级，遗体残骸中的能量交给分解者。上面4种解法，第一种未考虑每个营养级中应该有呼吸作用等散失能量，第二种方法相对正确。相似的题目:假如你是农业专家，访问非洲。发现某些国家粮食短缺，你可能会建议发展农业，那么饮食结构是多以粮食蔬菜为主还是以肉类为主? 课程标准一个很重要的特点是关注科学技术与社会的联系。工业上用酵母菌酿酒就是一个例子。酿酒的工艺是这样:先给发酵罐通气，促进酵母菌的有氧呼吸，释放较多的能量繁殖，增加酵母菌的数量，然后密闭，酵母菌进行无氧呼吸，产生酒精。那最后酒精的多少和酵母菌的数量有直接的关系。我们比较关注酵母菌的数量变化以哪种曲线形式增长的。   学生中有三种解释。 第一种观点:J型增长曲线。依据:密封前，酵母菌进行有氧呼吸，葡萄糖是充足的，基本不存在种内斗争，增长率不会下降。 第二种观点：S型增长曲线。依据:酵母菌有氧呼吸产生C02，导致培养液pH下降，还有随着酵母菌数量上升，空间有限，种内斗争因此加剧，因此增长率下降。 第三种观点:酵母菌数量怎样增长，说不清楚。 模型方法作为一种现代科学认识手段和思维方法，所提供的观念和印象，不仅是学生获取知识的条件，而且是学生认知结构的重要组成部分。教材中J型增长曲线模型假设条件是:在食物和空间条件充裕，气候适宜，没有敌害等条件下，种群的数量每年以一定的倍数增加。S型增长曲线的假设是:资源和空间是有限的，当种群密度增大时，种内斗争就会加剧，这就会使种群的死亡率增高，出生率降低，当死亡率增加到与出生率相等时，种群的增长就会停止，有时会稳定到一定水平。根据模型判断，密封前的酵母菌食物充裕，空间是否充裕很难说，但气候或pH值不适宜了，这会使增长率下降。那酵母菌数量增长应该是一条不完整的S型曲线。 3 主动构建模型，解决有关生物问题 模型方法就是抓住原型的本质特征，把复杂的原型客体加以简化和纯化，并对抽象的假设或命题进行逻辑转换，以构建一个能反映原型本质联系的模型。老师除了引导学生学会运用熟悉的模型去解题，还应该帮助学生根据题干所提供的条件主动构建模型解题。 模型和原型的关系如图2所示。 下面通过例子来说明主动建立模型来解决问题。 例:C02从一个叶肉细胞的线粒体的基质中扩散出来，进人同一个叶肉细胞的叶绿体中，共穿过几层膜?用 模 型 方法来分析见表3。 从模型看出，CO2需穿过4层膜。 例:一个有8条染色体的细胞进行有丝分裂，经过间期以后，DNA和染色体的变化如何?很多学生记得:间期最主要的变化是染色体的复制，自然就做出DNA和染色体数目都增加一倍的答案。这里做出错误判断的原因是染色体复制前后数目不变。本人在教学过程中引导学生建立染色体复制的模型。 根据模型方法，从原型中分析提取的是复制前后的染色质，间期复制后变成含2个姐妹染色单体的染色质。为了便于观察分析，把原型进一步抽象，下面是把复制前染色质抽象成染色体a，复制后的染色质抽象为图b建构模型如图4所示。 染色体模型将学生的认知结构从抽象向具体过渡，抓住染色体复制的本质特征，对染色体复制过程抽象化，把复杂的认识对象加以简化和纯化。模型的建立，有助于抓住有丝分裂中细胞变化的主要线索，理解染色体规律性变化，进行支架式教学和学习。 总之，建立模型在高中生物研究中是很重要的方法和能力，教师在生物教学中运用模型方法，不仅便于分析和解决有关生物学问题，而且能有效提高学生的生物科学素质并能带动、整合其他生物科学方法教育的实施。 作者单位：江苏省扬州市江都中学

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