高中生物学新课程中的模型

高中生物学新课程中的模型、模型方法及模型建构谭永平（人民教育出版社/课程教材研究所北京100081）摘要：模型和模型方法在科学研究中发挥着重要作用，它在中学生物学课程中也具有重要的教育意义，理解模型和领悟模型方法已经成为高中生物学课程内容的一个组成部分。

理解模型和领悟模型方法的重要方式就是进行模型建构活动。

要较全面地理解模型方法的作用，既需要以进行一定数量的模型建构活动为基础，更需要在模型建构活动中实现行为与思维的统一。

关键词：高中生物学模型教育部2003年颁布的《普通高中生物课程标准（实验）》（以下简称为课程标准）中，明确将获得生物学模型的基本知识作为课程目标之一，并在内容标准或活动建议部分做了具体的规定。

这是我国中学生物学课程发展历史上第一次如此重视“模型”。

然而，由于以往对“模型”所提不多，相关理论探讨和实践案例不太丰富，有些教师在教学时感到迷茫。

尽管高中课程改革的实验区越来越多，实施课程标准的教学探索也已有若干年，但类似问题却依然存在。

本文探讨总结了高中生物学新课程中的模型和模型方法，以及如何在教学中进行模型建构的问题。

1. 高中生物学课程中的模型和模型建构模型是人们按照特定的科学研究目的，在一定的假设条件下,再现原型客体某种本质特征（如结构特性、功能、关系、过程等）的物质形式或思维形式的类似物。

作为一种现代科学认识手段和思维方法, 模型具有两方面的含义: 一是抽象化, 二是具体化。

一方面,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、简化和纯化, 建构一个能反映原型本质联系的模型, 并进而通过对模型的研究获取原型的信息, 为形成理论建立基础。

另一方面, 高度抽象化的科学概念、假说和理论要正确体现其认识功能, 又必须具体化为某个特定的模型, 才能发挥理论指导实践的作用。

所以, 模型作为一种认识手段和思维方式, 是科学认识过程中抽象化与具体化的辩证统一[1]。

浅谈模型和模型构建在生物教学中的应用中学生物学的教学应努力将模型和模型构建应用于课堂教学之中，以提高学生的科学素养和科学探究能力。

构建生物学模型有助于学生系统地、完整地学习和理解新知识，同时有助于学生运用生物学模型去解决生物学问题。

一．高中生物学课程中的模型所谓"模型”，是指模拟原型(所要研究的系统的结构形态或运动形态)的形式，它不再包括原型的全部特征，但能描述原型的本质特征。

模型一般可分为物理模型，概念模型和数学模型两大类。

1．物理模型以实物或图画形式直接表达认识对象的特征，这就是物理模型。

在高中生物课程中经常使用的实物模型如反映生物体结构的标本；模拟模型如细胞结构模型、被子植物花的结构模型，各种组织器官的立体结构模型，沃森和克里克制作的著名的DNA双螺旋结构模型等。

2．概念模型概念模型是指以文字表述来抽象概括出事物的本质特征的模型；是人们抽象出生物原型某些方面的本质属性而使对象简化，便于研究而构思出来的。

例如呼吸作用过程图解、细胞分裂过程模型、物质出入细胞模型、光合作用过程图解、激素分泌调节模型、动物个体发育过程模型，食物链和食物网等模型。

这类模型使研究对象简化。

3．数学模型数学模型是指用符号，公式，图像等数学语言表现生物学现象，特征和状况。

如有丝分裂过程中DNA含量变化曲线、酶的活性随pH变化而变化的曲线、种群基因频率、同一植物不同器官对生长素浓度的反应曲线、孟德尔豌豆杂交实验中9：3：3：1的比例关系等。

生物学教学实践证明，构建生物学模型有助于学生系统地、完整地学习和理解新知识，同时有助于学生运用生物学模型去解决生物学问题。

二．模型和模型构建在教学中的应用1．新授课中，应尽可能运用实物、标本、图片、模式图等模型。

“形象大于思维”，新授课中，生物学中有大量概念及概念间的内在关系需要理解。

学生刚接触某一知识，就会面临尽快记住并理解之间联系等诸多困难。

出示模型既体现生物学学科特点，同时可以帮助学生认识事物原貌，有助于学生记忆、整理、理解和运用所学知识。

高中生物新课程中的生物模型
名山县第一中学郭昭祥
20世纪30年代，贝塔朗菲在提出机体系统论概念的同时，主张用数学和模型方法研究生物现象，从此模型方法开始在生物学领域应用。

《普通高中生物课程标准》明确强调：学生应“领悟假说演绎，建立模型等科学方法及其在科学研究中的应用”，课程标准不仅将模型纳入基础知识范畴，而且将模型方法规定为高中学习必须掌握的科学方法之一。

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描述，这种描述可以是定性的，也可以是定量的，有的借助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。

模型可分为物理模型、概念模型和数学模型。

物理模型是指以实物或图画形式直观的表达认识对象特征的模型。

概念模型是指以文字表达来抽象概括出事物本质特征的模型。

数学模型是指用来描术一个系统或他的性质的数学形式。

高中生物新课程《必修2》第6章、第7章中涉及的生物模型可整理如下：
新课程标准已将模型方法规定为高中学习必须掌握的科学方法之一，在近年来的高考试题中也有所体现，教师在生物教学法中应高度重视。

要从原型出发，根据某一目的，组织学生抓着原型的本质特征，对原型进行抽象，把复杂的原型客体加以简化和纯化，建构起能反映原型本质联系的模型，形成知识网络结构，并进而通过模型的研究获取原型信息，为形成理论建立基础。

2011年12月6日。

模型建构在高中生物教学中的作用和意义模型建构是根据相似性原理通过模拟的方法制成研究对象的模型，用模型来代替被研究对象，模拟研究对象的实际情况，来进行实验研究。

模型建构是生物学教学中一种能体现新课程改革理念的重要教学方法。

而目前许多教师认为课本中的模型建构活动并不是非做不可，这是实际教学时模型建构活动开展不够的根本原因。

事实上，在课程标准中已经将模型建构提升为高中生物学课程的基本内容之一，模型建构的教学活动并不是可有可无的。

一、模型建构在生物教学中的作用1.通过模型建构，提高学生形象思维能力形象思维在学生的生物学习过程中起着极为重要的作用。

如果学生对物质的微观结构、对特定条件下的生物现象和生理过程，在头脑中没有建立起正确的形象，就难以把文字叙述和现实过程有机地联系起来，也就难以正确地进行分析、推理、判断等逻辑思维活动。

例如，如果学生头脑中没有建立起生物膜的流动镶嵌模型，就难以理解生物膜流动镶嵌模型的主要内容和分析生物膜的结构和功能特点。

有一些学生学不好生物，其概念对他们来说既神秘又玄妙，难以入门，重要原因之一，就是他们的头脑中没有形成正确的生物形象。

要提高学生的形象思维能力，必须加强直观教学，以丰富学生的表象储备。

由实验和观察形成的表象最生动、最具体、最真实，实验是形成生物表象的最有效途径。

由于生物学中很多研究对象直接用来实验很困难或者不可能，因而模型建构成为生物学中一个重要的方法。

因此，在中学生物教学中，要帮助学生轻松学习，教师应当通过引导学生进行模型建构，培养和提高学生形象思维能力。

2.通过模型建构，培养学生的创新能力在高中生物学教学中可以充分利用模型建构的机会来培养学生的创造能力，从而达到培养学生创新精神的目标。

例如，必修l第4章“细胞的物质输入和输出”第2节“课外制作──利用废旧物品制作生物膜模型”，虽然教材中所给出的模型建构都是经典和较成熟的理论，但仍可利用这些素材作为基础，通过深化来培养学生的创新精神并丰富流动镶嵌学说，例如：在制作膜的模型过程中，可就如下问题进行个性化的讨论：①制作模型的选材还可以有哪些？②糖蛋白在膜的两侧都有分布吗？③温度的高低与膜的流动性有关吗？有怎样的关系呢？上述问题，有的可以找出答案，有的没有定论，但这些问题却可以使学生在制作生物膜模型时，加深对生物膜学说的理解，激发学生学习生物学的兴趣。

高中生物学新课程中的模型、模型方法及模型建构摘要：在高中生物教学中有效强化具体的模仿方法以及模型构建促进学生的生物学习能力以及合作能力的提升，促使学生在模型建构中初步掌握生物基础性概念，注重将生物学习内容有效解决生活实际中的问题，全方位提升学生实际问题的解决能力。

在本文中则是进一步针对高中生物教学中所涉及到的具体的模型概念、模型方法以及模型构建等进行全方位的论述，从而为高中生物教师提供具体的参考依据。

关键词：高中生物、模型、模型方法、模型建构在具体的高中生物课程教学环节中，进行具体的模型构建的方法是教师在教学中最为常用的教学手段之一，主要的目的是帮助学生有效理解所学习的生物知识，全方位分析当前所学习的生物理论性知识，进一步简化学生的生物学习思维，促使学生们在具体的生物学习环节中，将抽象化的问题具体化。

实际生物教学环节中，部分教师尚未形成基本的生物模型教学意识，因此无法高效应用到生物教学环节中，接下来将针对生物教学模型概念、模型方法以及模型构建等进行详细分析。

一、模型概念解析模型也就是站在科学探究以及合理性的猜想的基础上所总结出来的一般性的具有一定的概括性的物质或者基本的思维形式，同时模型是事物的真实表征，本身就具有一定的试探性或者解释性的特点，这不仅是抽象高度概括，同时也是对于具象规律的有效总结。

那么在具体的高中生物教学中，模型则是站在既定的目的的基础上所进行的一种简化的描述。

二、高中生物教学中最为常见的模型方法1、物理模型物理模型具体是用来表现物质的三维特征的，经常是从微观事物或者庞大事物出发进行合理性的使用。

在高中生物教学中最为常见的、典型的物理模型则有细胞结构性模型以及分子结构模型等。

2、概念模型概念模型的主要性作用则是利用文字的方式解释学习中比较抽象性的问题，积极引领学生直观有效认识到生物具体状态以及所呈现的过程，从生物的抽象概念出发，有效将其具象化的过程，设计此类方法的目的是帮助学生理解生物概念基础知识。

模型构建在高中生物教学中的作用和意义西北工业大学启迪中学李颖《普通高中生物课程标准》有三个知识目标，首个知识目标指出：“获得生物学基本事实.概念、原理、规律和模型等方面的基础知识，知道生物科学和技术的主要发展方向和成就，知道生物科学发展史上的重要事件。

”模型建构已经成为高中生物学课程内容的一个重要组成部分。

高中生物新课程教学中的模型建构活动，其主要目的是让学生通过尝试建构模型，体验建构模型中的思维过程，领悟模型方法，并获得或巩固有关生物学概念.必修一教材对模型的定义是“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，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”。

模型建构方法有很多，主要包括物理模型、概念模型、数学模型。

以下是笔者结合普通高中课程标准实验教科书中的具体实例谈谈三种模型方法在高中生物新课程教学中的应用。

一、物理模型在新课程教学中的应用物理模型就是根据相似原理，把真实事物按比例放大或缩小制成的模型，以实物或图画形式直观地表达现出对象的特征.它可以模拟真实事物的某些功能和性质，其最显著的特点是形象直观。

1、实物物理模型必修教材安排了很多有关实物物理模型建构方面的活动，其中最具代表性的是制作dna双螺旋结构模型。

在教学中，笔者向学生介绍模型建构的方法和基本原则，鼓励学生以小组合作的方式，在课后选择合适的材料用具动手制作dna双螺旋结构模型。

在学生建构好模型后，在班级中开展模型展示和评比，各小组代表向其他同学汇报本小组制作模型的科学性、美观性和创造性。

其他同学可以对模型的不足之处提出质疑，然后拿出自己的模型进行说明，学生在交流的过程中实现了学习的合作与共享。

学生通过制作模型，其主要目的不是揭示dna分子的结构，而是通过制作模型再现难以直接观察到的dna分子的结构，加深对dna分子结构特点的认识和理解，并体验实物物理模型形象直观的特点。

取得了良好的效果。

2．图画物理模型的构建提升了识图水平实物物理模型在大小、色彩、视觉等方面有着一定的局限性，在日常教学中使用不是很广，但是以图画形式构建物理模型则相当普遍，如呼吸作用和光合作用、转录与翻译、噬菌体侵染细菌等过程模型、各种细胞器结构的静态模型、人体细胞与外界环境的物质交换模型等。

通过多次这样的物理模型的构建，学生养成了一种思维习惯，凡遇抽象的结构或过程，都会尝试用简易的图画协助理解、思考。

而且，在高中生物中，识图水平极为重要。

图表是生物科学研究成果的一种重要表现形式，所以在生物高考中注重考查学生读图、识图、析图和绘图的水平。

平时的学习中养成了构建图形这种良好的习惯之后，考试中对图形题也更胸有成竹了。

二、概念模型概念模型是指以文字表述来抽象概括出事物的本质特征的模型。

我们很多学生都存有这样的问题：课本中的单个知识点都掌握得很好，但是在做综合题时总有很多的“想不到”，究其原因是不能迅速地把相关知识联系起来，而构建概念模型能够改变这个状况。

1．构建概念模型，整合零碎知识学完必修1第3章后，我利用学案中事先设计好的框架，让学生构建了概念模型，将课本中第3章的第1节、第4章第1节、第2节、第3节的内容整合在一起，使零碎的知识完整化。

模型如下：构建这样的概念模型，有利于学生对某个单元、某个模块知识实行加工、理解、储存，全面系统地掌握和记忆知识要点，有利于学生形成完整、清晰、系统、科学的知识体系，同时也促动了学生感知、记忆、想象水平的发展。

〔2〕内环境的成分和理化性质、分泌蛋白的合成运输加工和分泌、生物膜在结构与功能上的联系等等，很多方面的知识要点都能够通过构建这样的概念模型，使学生更系统地掌握、理解生物学知识。

2．构建概念模型，简化复杂知识血糖调节是高中生物教材中一个重要的知识，而且与人体健康有密切的联系，但是这个内容既“看不见，摸不着”，又极为复杂。

故而教材中安排了一个模型建构活动：“建立血糖调节的模型”，意在引导学生通过这个探究活动，更好地理解人体内是如何对血糖含量实行调节的，并在此基础上理解体内激素如何对生命活动实行调节；同时，也力图引导学生初步了解建构概念模型的基本方法和意义。

浅谈模型教学在高中生物新教材中的使用四川省遂宁市高级实验学校刘鑫关键词：模型构建概念模型物理模型数学模型20世纪30年代，贝塔朗菲在提出机体系统论概念的同时，主张用数学和模型方法研究生命现象。

从此模型方法开始在生物学领域应用。

《普通高中生物课程标准(实验)》明确强调:学生应"领悟假说演绎,建立模型等科学方法及其在科学研究中的应用","领悟系统分析,建立数学模型的科学方法及其在科学研究中的应用";同时新考试大纲重新对高考所要考查的能力进行了界定,明确了假说演绎,建立模型,系统分析等科学研究方法在能力要求中的地位.无论在科学研究还是在学习科学的过程中,模型和模型方法都起着十分重要的作用.课程标准已将模型纳入基础知识范畴,并且将模型方法规定为高中学习必须掌握的科学方法之一,在近年来的生物高考试题的设计中也有所体现.那么,什么是模型,模型方法教育？模型方法在新教材的哪些地方如何体现，在教师的教与学生的学中起什么作用呢？如何构建相应的模型？一、模型的概念及分类高中新课程必修1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作的一种简化的描述,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".模型可分为物理模型,概念模型,数学模型。

物理模型是指以实物或图画形式直观的表达认识对象特征的模型。

如必修1的“细胞膜的流动镶嵌模型”, “真核生物的三维结构模型”,必修2的“DNA分子双螺旋结构模型”。

概念模型是指以文字表达来抽象概括出事物本身特征的模型,如达尔文的自然选择学说的解释模型等。

数学模型是指用来描述一个系统或他的性质的数学形式,如“J”种群增长的数学模型Nt=N0λt ,种群基因频率变化的数学模型等。

二、模型的构建及应用1概念模型1.1新课标中对关于理解能力的要求:旧:能把握所学知识的要点和知识之间的内在联系.新:能理解所学知识的要点,把握知识间的内在联系,形成知识的网络结构.区别:在"把握"的基础上,增加了"理解",并能"形成知识的网络结构".解读: 新课标强调图文转换和知识联系,引导学生构建知识网络和提高信息转化能力。

高中生物学教学中数学模型的构建与应用程炜月《普通高中生物课程标准（2018版）》将“模型”知识列为课程目标。

模型方法实施的研究不仅符合新课程标准的要求，也是学生构建科学思维的必要一环。

中学生物学教学将模型方法应用于课堂教学之中，以提高学生的科学素养和科学探究能力。

其中构建数学模型作为发现科学事实，揭示科学规律的过程和方法，在生物学教学中有着十分重要的意义。

构建数学模型有助于学生系统地、完整地学习和理解新知识，同时有助于学生运用数学工具解决一些复杂的问题，还可以习得获取知识的方法，提高解决问题的能力。

1高中生物教学中构建数学模型的方法和步骤（以细菌种群数量的增长为例）第一步：模型准备。

要构建一个数学模型，首先要了解事件内在的运行规律，明确建模的目的，并搜集必需的各种资料，尽量弄清楚对象的数学特征。

例如，在条件适宜时细菌种群数量的变化数学模型的构建中，研究对象是“细菌”，其特征是“进行二分裂，每20min分裂一次”，建模的目的是探究细菌种群数量与时间的函数关系，进一步解释生物现象，揭示生命活动规律。

第二步：模型假设。

提出合理的假设是数学模型成立的前提条件，假设不同，所建立的数学模型也不相同。

此建模中提到的假设是“在资源和空间无限的环境中，细菌种群的增长不会受到种群密度增加的影响”，即在“理想”的环境中，此环境一般指的是“资源和空间充足，气候适宜，没有天敌，没有疾病等”。

第三步：模型建构。

根据所作的假设分析对象的因果关系，利用对象的内在规律和适当的数学工具，构造各个量的数量关系。

由细菌的二分裂特征，1个细菌分裂一次得到2个细菌，2个细菌第二次分裂得到4个细菌……通过归纳法，得出细菌增殖的特点满足指数函数的形式进行增长，因此用数学形式表达为N=2n，其中Ⅳ代表细菌数量，n代表分裂次数。

n第四步：对模型进行检验和修正。

在理想状态下细菌种群数量增长的数学模型是比较简单的，而生物学中大量现象与规律是极为复杂的，存在着许多不确定因素和例外的现象，需要通過大量实验或观察，对模型进行检验和修正。

生物概念模型一、高中生物教学中的模型建构模型建构是自然科学中常用的方法。

当人们难以对研究对象进行操作或观察时，可采取建构模型的方法。

学生在高中阶段的生物课程中会陆续接触到物理模型、概念模型和数学模型，初步掌握模型的建构方法。

与初中阶段相比，高中生物课程标准在学习方法和探究能力方面对学生提出了更高的要求，学生需要通过构建模型和研究模型来理解生物学概念，提高生物学科的探究能力。

能够以直观的实物或图画来认识对象的模型属于物理模型。

物理模型包括静态的结构模型（如真核细胞三维结构模型）和动态过程模型（如减数分裂中染色体的变化模型）。

真核细胞三维结构模型是高中阶段需要学生建构的第一个模型，教材中提供了有关模型建构的方法和可参考的例子。

如提供了两张模型的照片，同时也提出了评价模型的参考指标，如科学性、艺术性、成本低廉等。

在生物必修二“遗传与进化”部分还提供了DNA双螺旋分子结构的物理模型。

这一由美国生物学家沃森和英国物理学家克里克建构的DNA模型，最终模型与原型DNA 结晶的X射线衍射图相符，已经获得科学界的认可。

但是，教材虽然提供了指导方法，却并未说明所要使用的具体材料和工具，也未列出详细的制作步骤，这就为学生发挥创造性留出了空间，也为教师的创造性教学留出了空间。

教师可以引导学生以科学家的故事为背景，根据“基本单位―单链结构―平面结构―空间结构”的顺序逐步体验模型的建构过程和方法。

生物概念模型的分析与构建是高中课程标准提出的新要求，教师可利用概念图解、细胞亚显微结构、生物学过程图解等概念模型的分析与建构等，锻炼并考查学生分析、获取及处理信息的能力。

教师在初期可通过概念图和思维导图来培养学生的相关能力。

孟德尔的遗传定律是应用数学模型的典型范例。

在必修三“稳态与环境”中有“尝试建立数学模型解释种群的数量变动”的内容，教材的“问题探讨”中提到细菌的繁殖速度非常快，并给出了基本已知条件，可以让学生基于学过的数学知识，计算在营养和生存空间不受限制的条件下2至9代细菌的数量，并推算出第n代的数量关系，画出细菌种群增长的曲线，进而更好地理解较为复杂的数学模型Nt=N0λt，让学生从中体会到生物学规律可以用数学语言表达，同时也从具体的生物学现象中理解数学的本质。

教学改革·214·浅谈高中生物学新课程中的模型建构张素兰四川省宣汉县宣汉中学，四川 达州 636150摘要：具有对一些生物学问题进行初步探究的能力,包括运用观察、实验与调查、假说演绎、建立模型与系统分析等科学研究方法。

要较全面地理解模型方法，既要保证一定数量的模型建构活动，更要实现模型建构活动中行为与思维的统一。

关键词：高中；生物学；模型 中图分类号：G633.91 文献标识码：A 文章编号：1671-5691(2015)15-0214-011 高中生物学课程中的模型和模型建构必修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”。

模型具有两方面的含义:一是抽象化,二是具体化。

《美国国家科学教育标准》中的表述是“模型是与真实物体、单一事件或一类事物对应的而且具有解释力的试探性体系或结构”。

关于模型的形式或种类，不同论著中的说法有所不同。

人教版新教材中所说的三种模型的含义如下：物理模型是指以实物或图画形式直观地表达认识对象特征的模型，如人工制作或绘制的DNA 分子双螺旋结构模型、真核细胞三维结构模型等。

物理模型既包括静态的结构模型，如真核细胞的三维结构模型，又包括动态的过程模型，如教材中学生动手构建的血糖调节征的模型，如光合作用过程中物质和能量的变化的解释、达尔文的自然选择学说的解释模型等。

而实际学习中往往需要我们在建构物理模型之后得到一些结论，这就要求物理模型和概念模型结合起来，DNA 双螺旋结构模型就是物理模型和概念模型的统一[1]。

美国《国家科学教育标准》指出“学生的探究活动最终应该构造一种解释或一个模型”。

我国课程标准也很重视模型的教育意义：在课程目标部分对模型有了明确的要求，在具体内容标准和活动建议部分也列出了“尝试建立真核细胞的模型”、“制作DNA 分子双螺旋模型”等内容。