建構(gòu)模型法-生物高效解題新策略
摘 要：新課改中已經(jīng)明確指出：建構(gòu)模型的方法在科學(xué)研究中有重要作用，要求培養(yǎng)學(xué)生的建模思維和建模能力。本文旨在通過例題實(shí)解，滲透建構(gòu)模型法在提高生物解題效率中的積極作用。
關(guān)鍵詞：建構(gòu)模型 高效解題 新策略
引言：目前, 新課標(biāo)將科學(xué)探究能力的培養(yǎng)列為重要內(nèi)容，而亮點(diǎn)之一在于是許多生物學(xué)的概念、原理、過程都運(yùn)用模型建構(gòu)的方法來展示并解決生物學(xué)問題。新課標(biāo)始終強(qiáng)調(diào)學(xué)生不僅僅應(yīng)該掌握科學(xué)知識(shí)，更應(yīng)該學(xué)習(xí)科學(xué)研究的一般方法，因?yàn)檫@些方法對(duì)所有學(xué)生的發(fā)展具有更為重要的價(jià)值�？茖W(xué)研究的一般方法教材中介紹了很多，模型建構(gòu)的方法是教材中首次提出但極為重要的一種理性思維方法。正如新課標(biāo)所指出“要領(lǐng)悟建立模型等科學(xué)方法及其在科學(xué)研究中的應(yīng)用”，模型建構(gòu)作為一種現(xiàn)代科學(xué)認(rèn)識(shí)手段和思維方式，對(duì)解決生物學(xué)問題有著廣泛的應(yīng)用價(jià)值和意義。
模型建構(gòu)法就是把研究對(duì)象( 原型) 的一些次要的細(xì)節(jié)、非本質(zhì)的聯(lián)系舍去，從而以簡(jiǎn)化和理想化的形式去再現(xiàn)原型的各種復(fù)雜結(jié)構(gòu)、功能和聯(lián)系的一種科學(xué)方法。模型和原型的關(guān)系如右示意圖：
教材中介紹了概念模型、數(shù)學(xué)模型和物理模型三種類型（如表1）.
表1
類型 概念 表現(xiàn)形式 舉例
概念
模型 對(duì)認(rèn)識(shí)對(duì)象系統(tǒng)的簡(jiǎn)化的定性描述，用于表示系統(tǒng)組成和相互關(guān)系 圖示、
文字、
符號(hào) 達(dá)爾文自然選擇學(xué)說的解釋模型
生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模型
物理
模型 以實(shí)物或圖畫形式直觀
地表達(dá)認(rèn)識(shí)對(duì)象的特征 實(shí)物、
圖畫 嘗試制作真核細(xì)胞的三維結(jié)構(gòu)模型
建立血糖調(diào)節(jié)的模型
數(shù)學(xué)
模型 采用數(shù)學(xué)語言對(duì)對(duì)象進(jìn)行
定量描述 公式、
函數(shù)式、曲線圖等 種群 的 J型增長(zhǎng)曲線
種群 的' S型增長(zhǎng)曲線
生物學(xué)是研究自然界中生命運(yùn)動(dòng)最基本、最普遍的規(guī)律以及生物體的結(jié)構(gòu)，自然界生物種類繁多、運(yùn)動(dòng)錯(cuò)綜復(fù)雜，幾乎每個(gè)具體的問題都要涉及到許多因素。通過建構(gòu)模型能夠排除非本質(zhì)因素的干擾，舍棄次要因素和無關(guān)因素，突出反映事物的本質(zhì)特征，從而使生命現(xiàn)象或過程得到簡(jiǎn)化、純化和理想化，構(gòu)建模型過程能幫助學(xué)生使知識(shí)系統(tǒng)化，規(guī)律化，形象化。運(yùn)用建構(gòu)模型法來分析研究對(duì)象的組成因素,各因素之問的關(guān)系,因素運(yùn)行的特點(diǎn)，預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)等，大大提高了生物問題的解決效率,而當(dāng)學(xué)生掌握了模型建構(gòu)的方法，也就掌握了一種科學(xué)研究的一般方法，這正是新課標(biāo)的改革方向所在。因此，在生物學(xué)問題的解決過程中適當(dāng)利用模型往往能夠達(dá)到事半功倍的效果。
一 建構(gòu)實(shí)物模型 突破抽象難題
示例1：人體組織細(xì)胞(如骨骼肌細(xì)胞)有氧呼吸時(shí)需要的02從外界進(jìn)人該細(xì)胞參與反應(yīng)，需要通過層生物膜？（ ）
A. 4 B. 5 C. 7 D. 11
解題策略：
步驟 建立模型
從原型中提取出主要因素，剔除非必須因素 組織細(xì)胞，線粒體，肺泡，毛細(xì)血管壁，紅細(xì)胞
用簡(jiǎn)便的方法表示提取的因素 線條表示生物膜，勾畫簡(jiǎn)圖
研究因素之間的關(guān)系，建立模型 用箭頭表示C02從線粒體
形成圖示如右：答案非常明了應(yīng)選D。
方法小結(jié)：通過將題干信息建構(gòu)為生物實(shí)物模型，借助線條、方框、箭頭等符號(hào)，將復(fù)雜事物形象直觀地表達(dá)出來，化抽象為具體，反映生命現(xiàn)象的發(fā)生發(fā)展以及生物的結(jié)構(gòu)生理和相互聯(lián)系，一些比較有技巧的題都巧妙地將信息隱藏在題干中而不會(huì)太明顯，而建構(gòu)模型的過程我們既理清了顯在的已知條件，又直觀地呈現(xiàn)出一些隱含的解決問題必須的條件，透過模型看本質(zhì)，有效突破一些抽象的生物學(xué)難題。
二 建構(gòu)概念模型 描述內(nèi)在關(guān)系
示例2：在用脊蛙(去除腦保留脊髓的蛙)進(jìn)行反射弧分析的實(shí)驗(yàn)中，破壞縮腿反射弧在左右后肢的部分結(jié)構(gòu)，觀察雙側(cè)后肢對(duì)刺激的收縮反應(yīng)，結(jié)果如下表：
刺激部位 反應(yīng)
破壞前 破壞后
左后肢 左后肢收縮 右后肢收縮 左后肢不收縮 右后肢不收縮
右后肢 左后肢收縮 右后肢收縮 左后肢不收縮 右后肢收縮
上述結(jié)果表明，反射弧的被破壞部分可能是
A.感受器 B.感受器和傳入神經(jīng)
C.傳入神經(jīng)和效應(yīng)器 D.效應(yīng)器
解題策略：①完成反射活動(dòng)的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)是反射弧，反射弧由五個(gè)環(huán)節(jié)“感受器→傳入神經(jīng)→神經(jīng)中樞→傳出神經(jīng)→效應(yīng)器” 組成。②根據(jù)破壞前的實(shí)驗(yàn)過程與結(jié)果我們可建構(gòu)簡(jiǎn)單的概念模型：發(fā)現(xiàn)反射弧有：
左后肢感受器→左后肢傳入神經(jīng)→神經(jīng)中樞→傳出神經(jīng)→左后肢效應(yīng)器
傳出神經(jīng)→右后肢效應(yīng)器
右后肢感受器→右后肢傳入神經(jīng)→神經(jīng)中樞→傳出神經(jīng)→右后肢效應(yīng)器
傳出神經(jīng)→左后肢效應(yīng)器
③根據(jù)概念模型分析破壞后的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，若刺激左后肢，左、右后肢都不收縮，說明破壞縮腿兩條反射弧的共同部分，應(yīng)為感受器,傳入神經(jīng)或者神經(jīng)中樞 在左后肢的部分結(jié)構(gòu)后；若刺激右后肢，左后肢都不收縮，右后肢能收縮。說明所破壞的是兩條反射弧的非共同部分，應(yīng)為傳入神經(jīng)和效應(yīng)器。因此答案選C。
方法小結(jié)：本題在解決生物問題時(shí)概據(jù)題設(shè)條件，將抽象的生物學(xué)信息轉(zhuǎn)換重組，用文字、符號(hào)描述認(rèn)識(shí)對(duì)象的組成和相互關(guān)系，便于直觀地觀察、比較和分析，讓抽象的思維有所依托，有助于問題的順利解決。
三 建構(gòu)數(shù)學(xué)模型 揭示問題本質(zhì)
示例3：一對(duì)夫妻,其后代若：僅考慮甲病, 得病幾率為a,僅考慮乙病, 得病幾率為b, 則該對(duì)夫妻生出僅患一種病孩子的幾率可表示為
解題策略：建構(gòu)數(shù)學(xué)模型如右：
示例4：在一個(gè)草原生態(tài)系統(tǒng)中，草是生產(chǎn)者，鼠是初級(jí)消費(fèi)者。現(xiàn)將某動(dòng)物新物種x引入該生態(tài)系統(tǒng)，調(diào)查表明鼠與x的種群數(shù)量變化如右表。若不考慮瘟疫等其他因素，下列說法中最可能的是（ ）
時(shí)間（年) 1 2 3 4 5 6 7 8
鼠種群數(shù)量(只) 18900 19500 14500 10500 9500 9600 9500 9600
x種群數(shù)量(只) 100 120 200 250 180 170 180 170
A、在該調(diào)查時(shí)間內(nèi)物種x種群增長(zhǎng)曲線大致呈“J”型
B、若在第9年間，大量捕殺x種群個(gè)體，則第10年鼠種群數(shù)量增加
C、鼠和X種群為競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系
D、鼠和x種群為互利共生關(guān)系
解題策略：如此多的數(shù)據(jù)我們很難著手分析，我們可先將其數(shù)量變化趨勢(shì)轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)易的隨時(shí)間變化的數(shù)量變化曲線圖如圖
通過建構(gòu)數(shù)學(xué)模型，很明顯我們可以得出其種間關(guān)系為捕食關(guān)系，答案選B
方法小結(jié)：新課程將生物中的數(shù)學(xué)列為全新的一塊內(nèi)容，體現(xiàn)了數(shù)學(xué)這一基礎(chǔ)學(xué)科在解決現(xiàn)代生物學(xué)中的復(fù)雜問題的重要作用，在解答示例3與4的過程中我們體會(huì)到數(shù)學(xué)模型的將題設(shè)信息加工、重整、轉(zhuǎn)化抽象為直觀的數(shù)學(xué)語言，有效地揭示問題本質(zhì)的作用，幫助我們直觀、便捷地解決復(fù)雜抽象的難題 。
四 綜合運(yùn)用模型 高效突破難題
示例5：下圖是人體一個(gè)細(xì)胞分裂時(shí)，細(xì)胞核中染色體（實(shí)心）和DNA（空心）在各時(shí)期統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)得出A、B、C、D四種不同情況，下列說法錯(cuò)誤的是（ ）
A．有兩個(gè)染色體組的是ABC。
B．同源染色體分離在B時(shí)期。
C．交叉互換常發(fā)生在B。
D．著絲點(diǎn)分裂一旦發(fā)生DNA與染色體數(shù)目情況由C變?yōu)锳。
解題策略：初看本題為較難題，比較抽象，解題時(shí)通過建構(gòu)物理模型與數(shù)學(xué)模型建立減數(shù)分裂過程染色體和DNA數(shù)目規(guī)律變化的模型直觀分析出答案應(yīng)為A。
方法總結(jié)：總之建構(gòu)模型法作為思維方法和行為方式, 它能拋開事物次要的非本質(zhì)部分， 將主要因素，相互關(guān)系，過程，狀態(tài)等以直觀的形式呈現(xiàn)，降低了人們認(rèn)識(shí)客觀事物的難度，其中蘊(yùn)涵著很高的認(rèn)知價(jià)值，掌握了模型方法不僅能更透徹的理解科學(xué)知識(shí)，還能將學(xué)生的認(rèn)知水平逐步從具體向抽象過渡，從感性思維上升到理性思維。學(xué)生一旦將模型方法內(nèi)化為自己的認(rèn)知圖式,就能獲得認(rèn)知水平的躍進(jìn)，解決生物學(xué)難題甚至其他更多問題都將變得更高效更容易。
參考文獻(xiàn)：
[1]美國國家科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)．北京：科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社，128～215
[2]邢紅軍.1997.論科學(xué)教育中的模型方法教育教育研究
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