模型建构是一种重要的科学方法.docVIP

模型建构是一种重要的科学方法，也是课标中首次提出要求重视的一种能力。《美国国家科学教育标准》中也要求学生“运用逻辑和证据来构造和修改科学解释和科学模型”，将其作为进行科学探究所需要的基本能力（9-12年级）。人教版高中生物新教材选择的内容充分体现了这种要求，其中含有丰富的模型建构的素材。用好这些素材,充分发挥模型的作用，渗透模型建构的方法迫在眉睫。 1解读模型和模型建构的价值 必修1教材对模型的定义是：“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”。模型分三类：物理模型、概念模型、数学模型。物理模型如真核生物的三维结构模型、细胞膜的流动镶嵌模型、DNA分子双螺旋结构模型；概念模型如血糖平衡调节的模型、达尔文的自然选择学说的解释模型等；数学模型如“J”型种群增长的数学模型N t=N0λt 、基因分离与自由组合定律，有丝分裂中DNA含量变化曲线等。 高中生物学中的模型建构活动与科学研究中的建立模型不完全等同，它是为学生更好地掌握具体生物学内容而服务的。例如，沃森和克里克建立DNA双螺旋结构模型的目的，是为了揭示当时并不清楚的DNA分子结构。高中生物学中的“制作DNA双螺旋结构模型”的模型建构活动，主要是对“DNA分子的双螺旋结构”这个结论进行具体化，所建立的模型是物理模型；其主要目的不是探索DNA分子的结构，而是通过制作物理模型来加深对DNA分子的结构的理解，并体验具体化的模型的作用。可见，让学生通过尝试建立模型，掌握或巩固有关生物学概念，体验建立模型过程中的思维过程，并领悟模型方法是高中生物学中的模型建构活动的主要价值 。 2.模型建构在教学中的实践 2.1在建构模型中掌握新知识 就《DNA的分子结构》这部分内容来说，DNA、脱氧核苷酸、磷酸、脱氧核糖、含氮碱基等是前概念，但是DNA的双螺旋结构、碱基对、碱基互补配对原则、DNA的基本骨架则是新的概念。在教师引导下，学生通过自己动手，构建物理模型，展示作品进行交流、互评，能有效地掌握相关的概念。 具体教学策略如下： 1.回忆前概念：通过教师提问的方式进行。要使学生能画出脱氧核苷酸的结构，说出脱氧核苷酸的种类和名称，并且能与核糖核苷酸进行区分。 2.学生阅读课本自学DNA的分子结构，初次接触新概念。 3. 将学生分组，小组成员合作，利用现成的材料（磷酸、脱氧核糖、含氮碱基）制作DNA分子模型。教师组织学生讨论、交流。取长补短，完善模型。 学生通过自己制作DNA分子模型，对DNA的分子结构有了感性认识；手脑并用操作“碱基配对”的过程，大大加强了印象；组间的相互交流更是从语言表达上进一步加强了对概念的理解。学生将相关的概念（磷酸、脱氧核糖、含氮碱基、脱氧核苷酸、碱基互补配对原则、DNA子链、DNA分子、复制、双螺旋结构、DNA解旋酶等）建立起相应的联系就自然是“水到渠成”了！ 2.2在建构模型中领悟建模的一般方法 在教学中我们往往重视对模型结论的运用，而忽视了建模方法的传授。其实，“授之以鱼不如授之以渔”， 掌握了建构模型的方法才拥有认识世界的工具。下面以“种群数量的变化”一课为例谈谈构建模型的教学策略。 1 模型原型：控制有害细菌繁殖可防止疾病发生，但需首先要找出细菌增殖的规律。 2 模型假设：假设“在理想环境条件下，细菌二分裂增殖, 且每20分钟繁殖一代”。试推算不同时间内一个细菌的繁殖情况，完成表格。该假设是对研究对象的一种简化,这是模型方法的基本思想的体现。 时间（分钟） 20 40 60 80 100 120 140 160 180 细菌数量 模型建立：学生得出数学公式： Y=2x ，及有关曲线图。 进一步讨论：能不能根据细菌增长的方程式推导成一个反映一般的种群和细菌种群增长类似的种群增长的方程式？学生讨论完成并展示成果。（Nt=N0 λt） 4 模型检验：已经建立的模型需要实验检验。课前安排兴趣小组做酵母菌的培养实验。实际情况和我们的假设是符合的，说明假设是有效的。 时间 第一天 第二天 第三天 第四天 第五天 第六天 个数 98 160 278 428 1208 2100 5 模型完善：自然界种群的生活环境和我们假设的情况不同，那么种群增长是何规律呢？展示高斯曾经做过的实验。教师总结：这实际上是两个不同的种群增长模型。比如细菌，我们把它叫做“J”型曲线。比如高斯的实验，我们把它叫做“S”型曲线。 总结种群增长数学模型的建构过程：观察研究对象→提出合理假设→数学表达→检验、修正。综上所述，我们不难发现，模型的建立过程就是一个科学探究的过程。“大胆假设，小心求证”的科学思维贯穿其中。这种思维方法，一旦内化为学生自