生物模型建构教学的理论和实践研究

2022年山东省教育科学规划创新素养专项一般课题研究成果，课题名称《模型建构在高职生物教学中的运用研究》，课题编号：2022CYB363。

【摘要】本文探讨了生物模型建构教学的基本理论和教学实践。介绍了模型的定义、方法、生物模型的分类和生物模型建构教学的概念，并分析了模型建构的基本原则和几种不同类型模型建构的具体方法。在生物教学中有效的开展模型建构教学，能够帮助学生认识模型和模型方法，帮助学生学会从实际中提取模型，以及应用模型解决问题。

【关键词】生物模型;模型分类;模型建构教学

引言：

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概括性描述。在生物学研究中，模型建构不仅有助于我们深入理解复杂的生物现象，还能够推动科学技术的进步和生物学理论的发展。近年来，随着我国教育的快速发展，生物课程的教学改革也在不断深入推进。为了提高学生的实践能力和综合素质，许多学校的生物课程开始尝试运用模型建构教学方法。模型建构作为一种教学方法，在生物教学中能够有效提高学生的学习兴趣、培养实践能力和创新精神，从而提高教学质量。

一、生物模型的定义和分类

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，是科学研究中对复杂事物的一种简单的描述方法。这种描述可以是定性的，也可以是定量的。有的借助具体事物形象化的手段，有的则通过抽象的形式来表述。生物学研究中通常建构的模型包括概念模型、物理模型和数学模型等。概念模型指的是一种由符号、线段、图示、文字等元素所构成的，用来直观表述和抽象概括生物学知识本质特征的认知模型，此种模型能够清晰展示出生物学概念、生物学理论、生物学规律等知识内在与外在的联系。数学模型是将生物学内容以数学模型的形式展示出来，将生物学问题转化为数学问题，运用数学工具解释生命本质或预测生物发展规律，从而解决生物学问题。物理模型则是利用生活中的材料用具，通过实物或图画的形式，对生物学中微观的、抽象的、难以直接观察的物质结构或动态过程进行概括或描述的活动。

二、模型教学与模型建构教学

生物学中有丰富的模型资源，对模型的恰当的利用可以帮助学生更加准确理解、掌握相关的生物学基本原理，而且能够帮助学生有效地构建完整的知识结构。

（一）概念模型的应用

生物课程的知识体系有三个概念主线：一条是关于细胞的结构；一条是关于生命两大物质DNA和蛋白质的；还有一条是染色体的行为变化。关于第一条主线适于制作模型的概念有：生物膜的流动镶嵌结构、各种细胞器亚显微结构、细胞核亚显微结构、细胞亚显微结构等。这些模型的共同点是都具有膜结构。围绕第二条主线的概念很多，可分为DNA和蛋白质两个部分，具体概念有：脱氧核苷酸的结构、脱氧核苷酸链的组成、DNA的结构、DNA复制、转录和翻译、氨基酸的结构、二（多）肽的结构、多肽链的空间结构等。各部分内部的关联是按照由小分子形成大分子的顺序，而且DNA能指导蛋白质的合成，所以两部分概念又是联系的。第三条概念主线上，染色体是遗传物质的载体，细胞在有丝分裂和减数分裂时均有染色体的行为变化，如染色体的复制、姐妹染色单体的分离和同源染色体的联会、分离等。

（二）物理模型的应用

为了让学生直观的理解并掌握限制酶和DNA连接酶的作用特点，可以亲自让学生体验了基因工程技术的“剪”“拼”“接”的过程，以及将抗性基因拼接到质粒中的过程。在学习细胞膜相关知识时，为了直观演示细胞膜的结构，可以让学生亲自构建细胞膜的模型，用不同颜色的轻黏土代表三种成分，其中红色黏土代表磷脂分子的头部，尾部用两根牙签代替，白色黏土代表蛋白质，绿色纸代表糖类。在生物学知识中我们可以构建很多超越章节界限的上位化的模型。比如“量的变化”问题我们都可以构建一个叫做“库”的模型。生物知识中好多关于“量的变化”的问题都可以归纳在“库”这个模型中。比如：血糖含量、大气中的CO2库、密封的容器内气体总量库、基因库等。

（三）数学模型的应用

数学模型是指用来描述一个系统或它的性质的数学形式。在教学实践中，建构数学模型可以采用的方式：一是建构表格模型，将零散内容结构化，辅助构建知识体系；二是建构曲线模型，化深奥为浅显，揭示发展变化规律；三是建构集合模型，化平淡为生动，优化教学过程；四是建构图像模型，化无形为有形，巧妙化解难点。教师应根据教学内容选择恰当的数学模型进行建构。例如，揭示生物发展及变化规律可建构曲线模型或函数模型；解决概率等相关问题时可建构函数模型或演绎推理模型，辅助学生快速解决生物学问题等。

三、结论

模型方法是人类认识客观世界的一种重要方式，也是人们进行理论思维的重要手段。在模型思维中，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，把复杂的原型客体加以简化和纯化，建构一个能反映原型本质联系的模型，并进而通过模型解释生命现象、揭示生命规律。然而，我们也应当清醒地认识到模型方法的局限性，避免出现形而上学、简单化、绝对化等误区。在教学中引入模型方法最重要的还是促进学生学习方式的转变，培养学生创新思想、批判性思维和建模运模能力 。

参考文献：

[1]陶忠华.生物学模型教学探析[J].生物学教学,2006(08):19-21.

[2]杨佩娟.生物数学模型的建构与教育价值[J].生物学教学，2006（09）:14-16.

[3]王新,张建红.从模型教学引发的对科学教育的思考[J].伊犁师范学院学报,2003(04):76-78.