高中生物学教学中模型建构及应用
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。有的借助于具体事物形象化的手段，有的则通过抽象的形式来表述。通过模型，抓住事实的最主要的特征和功能，以简化的形式去再现原型的各种复杂结构和功能，它是连接理论和应用的桥梁，可以帮助人们认识客观世界中最本质的东西，以便预测和指导实践。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。
一、建构概念模型，梳理知识间内在关系
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、光合作用模型、细胞呼吸模型以及生态系统结构的表述等。建构概念模型可以使学生深入理解基础知识，辨析知识点之间的联系与区别，使知识结构化，同时有利于培养学生的归纳、概括和语言表述能力。
人教版《遗传与进化》模块中，在《现代生物进化理论的由来》一节，教材借助一个理论模型来介绍达尔文的自然选择学说（见图1）。
该模型展示了过度繁殖、生存斗争、遗传变异和适者生存等自然选择学说核心内容的相互关系，但出于让学生详细了解该学说的目的，该模型的内容相对较多，各观点之间的关系不明朗，不易于学生理解掌握。在讲授该部分内容时，让学生分组讨论，尝试重新建构该学说的理论模型，学生经讨论后建构了一个新的模型，新模型内容简单，各观点间的相关关系明了，易于掌握。
二、建构物理模型，使知识形象化、直观化
物理模型以实物或图画形式直观地表达认识对象的特征。其最显著的特点是形象直观。在教学过程中通过模型建构与展示，不仅有利于加深学生对所学知识的记忆、理解，而且也能引导学生进行发散思维，提高学生的探究能力，学会科学研究的基本方法。
如人教版《遗传与进化》模块中的《DNA分子的结构》一节，重在引导学生模仿科学家建立DNA结构的模型。在教学中首先由教师引导学生复习DNA分子的组成单位――脱氧核糖核苷酸及其结构组成，然后分发碱基、磷酸和脱氧核糖模型，由学生分组建构4种脱氧核糖核苷酸的模型，随后建构多脱氧核苷酸长链模型，在此过程中教师提示脱氧核苷酸之间靠3?@-5?@磷酸二酯键连接，并纠正学生的错误。之后，教师引导学生阅读教材中P47～P48的阅读材料，知道当时沃森和克里克据DNA衍射图谱推算出DNA分子应呈双螺旋结构，让学生继续建构模型。最后，再引导学生从材料中得到“DNA中碱基A与T配对，G与C配对”的信息，让学生修改完成模型。在建构该模型的过程中，使学生能够感悟DNA分子结构建立过程中的科学探索精神和思维方法，同时培养了学生的创新思维能力及合作探究能力。
建构物理模型是实现有效教学的方法之一，物理模型有静态物理模型，还有动态物理模型，在教学过程中不能仅局限于课程标准中提到的内容，教师还需要深入研究教学内容，创造性开展这一活动，笔者在教学中还引导学生制作了蛋白质结构模型、细胞膜结构模型、物质跨膜运输模型、有丝分裂模型、生态系统模型等，收到了较好的教学效果。
三、建构数学模型，揭示问题本质
数学模型是指为了某种目的，用字母、数字及其它数学符号建立起来的等式或不等式以及图表、曲线、框图等描述客观事物的特征及其内在联系的数学结构表达式。如“J”型、“S”型种群数量变化曲线、符合孟德尔遗传规律的子代性状分离比等。数学模型建构的基础是数学方法，基于其学科交叉的特征，对于学生来说具有一定的难度。教师在教学过程中引导学生建构数学模型，有利于培养学生透过现象揭示本质的洞察力。同时，通过科学与数学的整合，有利于培养学生简约、严密的逻辑思维品质，可使一些重、疑、难点化繁为简，既深化对知识的理解，又培养学生的数学思维能力。教材中涉及到构建数学模型的内容还有很多，如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，呼吸过程中随氧气的浓度增加ATP、CO2的变化曲线，光合作用中随光照强度、温度、CO2等条件的变化光合作用强度的变化曲线，脱氧核苷酸序列与遗传信息的多样性，碱基与氨基酸对应关系，调查人群中的遗传病，用数学方法讨论基因频率的变化，探究自然选择对种群基因频率的影响，种间关系，等等。
通过建构数学模型，可以对生命现象进行量化，以数量关系描述生命现象，再运用逻辑推理、求解和运算等达到对生命现象进行研究的目的。在建构过程中使学生能从现象中揭示出本质和规律，可以培养学生的分析、推理与综合的能力，便于学生迅速地理解新知识，提高学习效率。
模型的建立过程，实际上是一个科学探究的过程，通过建构模型，增强了学生的探究能力，对培养学生思维品质的灵活性、创造性及开发智力和提高解题速度等都十分有益。此外，通过建构模型还可以培养学生严谨的科学态度和科学精神，并能增强其合作意识。模型的建构改变了传统的教学方式，加强了师生间的互动，充分发挥了学生的主观能动性，在新授课、复习课、习题课中都可以灵活使用，能起到事半功倍的效果。
