巧用模型 提高高中生物核心概念教学有效性
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摘 要 生物学核心概念是整个概念体系的核心，为了培养学生理解问题、解决问题和探究问题的能力，必须要提高核心概念的教学有效性。结合教学实际，运用物理模型、概念图模型和数学模型来提高生物核心概念的教学有效性。
关键词 模型；生物学核心概念；课件
中图分类号：G633.91 文献标识码：B
文章编号：1671-489X（2014）15-0016-03
《普通高中生物课程标准（实验）》明确提出“倡导学生深入理解生物学的核心概念”的要求[1]。新课程改革下的概念教学既要理解概念的内涵和外延，又要掌握概念的产生和发展，还要能够灵活地运用概念判断生物学事实，解决生物学问题。
模型方法是高中生物教学中一种很重要的科学方法，模型能简化和纯化复杂的认识对象。模型的构建有助于深入理解事物内在的规律性变化，有助于进行支架式教学和学习，有助于学生学会观察、实验、推理、归纳与演绎的方法等。《2014年浙江省普通高考考试说明》的能力要求中包括“学生具有建立模型等科学研究方法的能力”[2]，还在实验模块的考查中新增了一条要求：减数分裂模型的制作研究。由此可见，应该越来越重视利用模型进行教学以及引导学生自主构建模型。
笔者结合自己的教学实际，对运用模型，提高核心概念教学有效性的实践总结如下。
双编码理论认为，意象系统的非言语表征与引起它们的知觉具有某些共同特征[3]。所以应该在核心概念教学过程中尽量用一些意象表征，如模型，将抽象的知识具体化、形象化，使学生的思维更加有效和高效。
物理模型在核心概念教学中应用：减数分裂过程中染色体行为变化模型的制作。
1）减数分裂过程中染色体行为变化模型制作的必要性。染色体是高中生物教学中的一个核心概念，不同的物种染色体的形态、大小和数目也不相同，这是人们用来判断生物亲缘关系和诊断遗传病的依据之一。在细胞减数分裂过程中，同源染色体会出现很多复杂的行为，同时染色体的形态、数目也会发生一系列的变化，学习整个过程需要学生有很强的空间想象能力。因此，很有必要利用模型将减数分裂过程中染色体的行为变化直观地展示给学生，使学生能够深入理解染色体变化的规律，再运用这些规律解决相关的问题。
2）模型制作中材料的选择。笔者在实际教学中尝试过用许多不同的材料制作减数分裂的细胞模型，发现效果都不是很好。
①课件动画很容易从网上下载，但是，学生只能看，不能亲身参与到整个模型制作过程中来，而且课件放完以后很难在学生脑子里留下深刻的印象。
②橡皮泥模型虽然能直观地表现染色体的变化和交叉互换现象，学生的参与度和积极性都很高，但是橡皮泥模型也有许多的不足，如用橡皮泥制作大小形态相同的同源染色体对于学生而言难度太大，橡皮泥大多不卫生，太软不能直接推动，不能标上基因符号，不能继续用于“遗传的染色体学说”的教学。
③纸质模型虽然能裁剪出大小相同的同源染色体，也能做上基因标记，长期保存和使用，但是很难在黑板上示范比较。
有没有一种材料，既能让学生参与，又能将学生制作的模型放在黑板上展示出来，大家一起来修正、补充的呢？笔者经过多方查找，终于找到以软磁铁为材料来制作减数分裂中染色体的行为变化的方法。软磁铁有很多的优点。
①这是一种将磁性材料和橡胶混合制作的材料，因为有磁性，所以可以吸在黑板上，很方便移动，同时又能将学生的作品展示出来，全体学生既能看到自己的作品，也能看到同学的作品，这样经过与其他组学生的对比，很容易发现自己制作的模型是否正确。
②如果将减数分裂各个时期的模型按照顺序排列，就是一整个减数分裂的过程，这样就将书本上静态的语言描述变成一个动态的、连续变化的过程。
③这种材料薄如纸，能被随意剪裁出染色体和细胞形状。
④纸的正面有各种颜色，既能表现同源染色体的颜色区别，又能用记号笔在染色体上做出基因的标记，为遗传的染色体学说、配子类型及比例的学习提供很好的模型，学生能更加深入地理解孟德尔遗传定律的本质及配子类型问题。
笔者运用这种材料制作的减数分裂模型在2013年台州市优质课比赛中收到很好的效果，以下图片是利用这种材料制作的模型图。说明：①黑色圆盘代表一个细胞；②纽扣磁铁代表丝粒；③红色和黄色纸片代表染色体；④制作的是同一物种，体细胞有2对同源染色体的减数第一次和第二次分裂前期、中期、后期染色体行为变化模型。
如图1所示，把各个时期模型按照顺序排列起来，就形成一个连续的变化过程。
比较图1和图2，学生能充分掌握在减数第一次分裂后期同源染色体分开的同时，非同源染色体自由组合，结果产生不同染色体组成的子细胞。如果用记号笔在染色体上标出基因，学生就能深入理解孟德尔遗传定律的实质，为后面学习遗传的染色体学说和配子类型问题奠定基础，如图3所示。
3）应用物理模型进行核心概念教学的体会。高中生物教学在很多地方都需要用到物理模型，如细胞膜流动镶嵌模型、细胞器细胞核模型、DNA分子结构模型、基因的表达模型、重组DNA分子模型等。教师在利用模型对核心概念进行教学时，最好能让全体学生都参与到模型的制作、修正和评价中来，激发学生的学习兴趣，提高学生的观察、动手和分析比较能力。
2 巧用概念图模型，使核心概念更清晰、系统
概念图（concept map）是用来组织和表达知识的工具，概念图模型是学习高中生物核心概念的有效手段。皮亚杰建构主义学习理论认为，学习是学生在已有知识的基础上主动构建新知识的过程。奥苏伯尔的有意义言语学习理论认为：“用同化的思想来学习陈述性知识。”[3]
浙江高考对生物知识的考查综合性越来越强，但很多学生在学习过程中记不住生物知识，不会联系、迁移，更不会运用知识，本质原因还是对概念之间的内涵、外延及联系不清楚。如果教师在平时的教学过程中运用概念图将核心概念及相关的普通概念用概念图的形式加以联系、拓展，形成知识网络体系，并且让学生用同样的方法自己或小组合作制作概念图，使零散的知识系统化，使模糊的概念清晰化，既能使学生更好地识记、理解知识，还能运用这些知识去解决相关问题。
高中生物中有许多概念都可以制作成概念图，如物质出入细胞的方式，变异的类型，基因和染色体、DNA的关系，人类遗传病的类型，生命活动的调节，生命系统的结构层次，等等。
概念图可以应用在新授课中，也可以应用在高三复习可中，特别是专题复习中。图4是笔者以染色体为核心概念，在专题复习中绘制的概念图。
3 巧用数学模型，更科学地理解核心概念的本质
数学模型是指用数学语言（如曲线、图表、公式）来描述事物的本质及变化规律的模型，其中曲线模型是教材中出现最多的一种模型。在浙江省高考中，对数学模型的考查频率非常高，几乎每年都要考，因为它能考查学生获取信息、分析信息、转换信息及综合运用信息的能力。所以，教师在平时的教学过程中应该尽量让学生把核心概念的本质及变化规律用数学模型表达出来，这样能培养学生通过现象揭示概念本质的洞察力和严密的逻辑思维能力。
在生物科学史上，有许多科学家将生物学科和数学学科有机地结合起来，通过现象分析事物的本质原因及变化的规律，建立和应用数学模型，取得了非常卓越的成绩。如遗传学之父――孟德尔，他就是运用了数理统计的方法对杂交后代进行统计、分析、演绎，从而发现了遗传的分离定律和自由组合定律。图5是以细菌的二分裂为例，分析构建数学模型的步骤。通过对种群数量增长公式模型的构建，再让学生将其转化为曲线模型，引导学生有效地识图、析图和用图，学生才能真正掌握“J”曲线的变化规律，才能有效掌握“种群”这一核心概念。
在高中生物中，有许许多多的数学模型，如酶活性与温度、pH的关系，环境因素影响光合速率和呼吸速率，遗传系普图，细胞分裂时DNA和染色体的数量变化，种群增长曲线，等等。数学模型有利于学生逐步深入掌握概念的内涵和外延，数学模型的构建更能培养学生的推理能力、探究能力、逻辑思维能力，从而更有效地掌握好核心概念。
4 反思
综上所述，运用模型和模型方法教学，能够促进学生的认知水平的发展，通过模型构建的教学，学生学会观察、实验、归纳和演绎、假设推理等科学方法。教师在课堂中应该增加开放性，适时加以引导、点拨，引领学生主动构建知识，有效掌握好核心概念。值得一提的是，教师在教学过程中要能够灵活运用多种模型方法提高核心概念的教学有效性。如减数分裂的知识，用概念模型突破同源染色体这一难点，用物理模型模拟减数分裂过程中染色体的行为，用数学模型分析染色体和DNA的数量变化。通过各种模型的综合运用，相信掌握减数分裂将不再是学生的难题！
以上仅是笔者在教学实践中的一点儿浅薄的经验和思考，望各位老师多多指导！
参考文献
[1]教育部.普通高中生物课程标准（实验）[S].北京：人民教育出版社，2003.
[2]浙江教育考试院.2014年浙江省普通高考考试说明[M].杭州，2014.
[3]皮连生.教育心理学[M].4版.上海：上海教育出版社，
2010.