本站原创高中生物教学中经常遇到以下教学难题：(1)教学内容突然从可观察、可感知的宏观世界步入抽象的、不可触摸的微观领域,如何使学生能够形象地理解细胞、分子等概念(2)部分学生把生物学科当做是文科来学,采用死记硬背的方法,但生物学中概念繁多、容易混淆,同时很多时候需要透过生命现象发现其背后的本质规律.如何找到一种合适的教学方法,新课程标准中首次提出了模型教学的科学方法,不仅为老师提高教学质量提供了手段,也成为学生理解和掌握生物学知识的有效工具.
1.模型方法的认识
1.1模型的特点
模型具有三个基本特点：(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.
1.2模型的种类
模型的种类很多,高中生物教材介绍的模型主要有物理模型、概念模型、数学模型等.(1)物理模型是以实物或图画形式直观反映认识对象的形态结构或三维结构.其特点是：实物或图画的形态结构与真实事物的特征、本质非常相像,大小一般按比例放大或缩小.(2)概念模型是以图示、文字、符号等组成的流程图形式对事物的生命活动规律、机理进行描述、阐明.其特点是：图示比较直观化、模式化,由箭头等符号连接起来的文字、关 键 词比较简明、清楚,它们既能揭示事物的主要特征、本质,又直观形象、通俗易懂.(3)数学模型就是用字母、数字及其他数学符号建立起来的等式或不等式以及图表、图像、框图等描述客观实物的特征及其内在联系的数学结构表达式.其特点是：可以直观地描述出不同变量之间的关系,或是某一变量的变化规律.
1.3模型方法
模型方法是以研究模型来揭示原型的形态、特征和本质的方法,是逻辑方法的一种特有形式.模型舍去了原型的一些次要的细节、非本质的联系,以简化和理想化的形式去再现原型的各种复杂结构、功能和联系,是连接理论和应用的桥梁.
2.真核细胞的三维结构实物模型教学实例
2.1模型的制作过程
2.1.1通过讨论确定小组模型方案
完成细胞基本结构的学习后,学生自由分组,结合组内人员可提供的条件,选写作作材料.教师给出细胞器大小的参考数据,以保证制作中各种细胞器的大小符合真实比例.
2.1.2细化小组模型方案
包括各种细胞结构使用何种材料、如何制作、细胞结构之间如何连接等.
2.1.3建立模型
以小组合作形式按方案完成真核细胞实物模型的制作.针对制作过程中不断发现的一些新问题,指导学生运用多种途径寻求解决的方法.
2.1.4小组间的成果展示和交流,教师作出评价
2.2细胞结构模型制作的体会
模型制作方案的准备和讨论,使学生系统地回顾了细胞结构的各个组成部分及其功能；成果的展示使抽象的生物学概念有了直观的形象,而交流促成了学生更深层次的思考和探讨.通过模型制作实践活动,既提高了学生学习的兴趣,使学生进一步理解了细胞的结构及功能,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,同时也培养了学生在科学探索中的严谨、科学的态度和创造性思维.
物理模型的构建在教学中取得了良好的效果,教学中指导学生制作了多种实物模型,如氨基酸脱水缩合模型、细胞膜流动镶嵌模型、主动运输模型、有丝分裂和减数分裂中染色体的变化模型、基因工程模型等,很好地帮助学生理解了抽象的生物学概念和现象.
3.数学模型在生物教学中的应用
高中生物教学不仅需要将抽象的概念、微观的结构形象化,同时也需要透过复杂的生命现象、过程掌握其内在的规律和本质,而数学模型的构建则可通过公式、曲线等形式用数量关系解析生命现象,并经过计算和推理来完成对生命现象本质的研究,从而加强学生运用生物知识解决实际问题的能力.
数学模型在生物教学中广泛存在.如必修二中有关遗传的许多难点,必须借助数学中的规律总结、排列组合、概率计算等方法帮助学生理解.在基因的表达中双链DNA中的碱基数与其控制合成的蛋白质中氨基酸的数目关系可总结为6：3：1；杂合体自交n代后,子代杂合子所占的比例可用1/2n表示；遗传规律的应用则必须运用概率的方法计算等.
除数学公式外,对于一些比较抽象的内容,还可以建立坐标图或绘制表格使其变得更具体.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,我们可将具体的数据列成表格,并根据表格数目变化转化为形象直观的曲线图或柱状图,同时还把两个分裂的图像整合到同一个坐标图像中,让学生归纳后加以比较区别,使学生更深刻地掌握知识内容.
可以说生物教学中涉及数学模型的内容比比皆是：光合作用、呼吸作用的强度随各种影响因素的变化曲线、不同浓度的生长素对不同器官的影响曲线、哈代一温伯格平衡等.
当我们将复杂的生物问题转变为数学问题,经过合理简化后建立起揭示规律的数学关系式,就能使学生的知识发生正迁移,并起到举一反三的效果.在构建数学模型的过程中,学生的数学知识得到了应用,体现了数学学习的价值,同时也锻炼了学生的逻辑推理能力和解决实际问题的能力.
4.模型教学的体会
4.1模型教学应该贯穿生物教学的全过程
新授课上教师应尽可能利用模式图、实物标本、自制模具等形象化的模型来帮助学生理解新知识,在可能的情况下,还应指导学生构建模型、运用模型.如有丝分裂中染色体的行为变化,学生很难想象,教师上课结合模式图,并用彩色纸板自制模型,展示分裂过程,增强学生的感性认识,理解相关内容.“基因工程中的基本操作过程”学习中学生使用自制模型(教师指导下完成),体验实验过程.各类模型的使用,可使教学形象直观,利于教学的组织,提升教学效果.
复习课侧重于对已有知识的总结和归纳,概念模型往往可以很好地将生命系统中多种复杂的运动形式以简洁直观的模式展示出来,帮助学生把握其中各组成元素间的内在联系.习题课则需要教师引导学生运用题目中给出的模型或根据题意构建模型,将学到的知识应用到具体的问题解决中去,提升学生的各种解题思想和方法,拓展学生思维.
4.2模型教学要通过“建构”来实现其价值
在模型教学活动中教师的作用不应仅仅是给出模型,更应该指导学生学习建构模型.
模型建构,一般需要经过观察研究对象或实验,提出问题,再进行模拟或归纳,将复杂的事物简化、抽象出其本质属性,方能构建.只有亲身参与,学生才能体会到模型建构的方法,获得成功的喜悦,并在困惑发现、探索思考、演绎反思的过程中,真正领悟模型方法的要素与关键,提高自身的科学素养.
4.3注意模型的特殊性和例外性
模型是在特定的条件和范围内对原型的一种抽象,不是原物本身,因此特定的模型只能在相应条件下使用.当条件发生改变时模型须经修正或重新构建.如：“J”型曲线只适用于理想环境或转入新环境的初级阶段；分离定律的比例关系不适用于细胞质遗传等.
4.4关注模型的发展性
随着科技的进步,模型始终处在不断地“构建一解构一构建”的动态发展过程中.因而模型方法的教育也应是一个不断发展、修正与完善的过程,使学生认识到模型是一个开放的动态体系.
5.模型教学对探究式教学的意义
探究式教学主张改变传统的教学方法,鼓励、指导学生去探索和发现,充分体现教师的指导性和学生的主体性.探究式教学必须让学生真正地接触科学家建立起来的科学事实、原理、定律,经过思考并提出问题,寻求理解,对所获得的知识进行分析、比较、评价和分类,从而得出推论,并通过测试进行推断,最后得出结论.
而模型的建构过程本身就是一个科学探究的过程.为了建立一个合理的数学模型,学生需要用到多种不同的科学方法：运用抽样检测的方法,运用显微观察和生物培养的方法,收集、整理、分析数据的方法等.这些活动给学生留出了较大的自主探究的空间,包括做出检测设、讨论探究思路、制订计划、实施计划等.学生在老师的引导下通过真正的“做”科学的过程,既能学到知识内容,又能掌握更深入地运用和探究生物学知识所必需的思维方法,使探究能力得以提高.
总之,模型建构和应用是生物教学的一项重要内容,在模型构建中既提高了学生生物学基本操作技能,增强了学生收集和处理信息的能力,也使学生体验到探究的乐趣,创造性思维得到发展.
(作者单位江苏省苏州工业园区苏州大学附属中学)