例談概念模型構建在解題中的應用

吳琦玲

（福建省泉州市第五中學，福建泉州 362000）

模型方法是現代科學研究和生產實踐中經常運用的具有相當普遍性的分析研究事物和解決問題的方法之一，它既是一種科學方法也是一種思維方法。高中生物學新課程重視模型方法教學，把模型和生物學基本事實、概念、原理、規(guī)律并列為必須獲得的生物學基礎知識，同時將培養(yǎng)學生的科學方法（包括模型方法）、科學思維及科學精神等生物科學素養(yǎng)視為普通高中生物課程標準的首要基本理念與核心任務[3]。而依據核心素養(yǎng)的要素研制的學業(yè)質量標準對高中生物學的教與學具有很強的指導作用。高考題關注生物學科素養(yǎng)立意，注重對科學思維和科學探究等的考查，本文以細胞代謝專題為例，探討概念模型建構在解題中的應用。

1 問題驅動，構建概念模型，培養(yǎng)學生的科學思維

所謂科學思維，是指為了正確認識客觀世界所具有的思辨模式和認識方法，它是連接實踐與理論的橋梁。高考題尤為突出體現對“科學思維”能力的考查，許多題目都在簡單的問題情境下，層層設問，暗含邏輯。解題過程中，通過設計問題，以任務驅動，引導學生思考，突出學生的主體地位和教師的主導作用。教學中幫助學生“以科學家的思維方式或模擬科學家的研究過程”進行學習，體驗科學研究的方法，逐步養(yǎng)成科學的思維方式。在遇到同類型題時，學生可以直接用模型解題；也可運用相同的方法提出問題，分析變量，展開探究，得出結論。

例如“2011年.大綱卷31（節(jié)選）某同學從溫度為55～65℃的泉水中篩選出能合成脂肪酶的細菌，并從該細菌中提取了脂肪酶?；卮饐栴}：（3）根據該細菌的生活環(huán)境，簡要寫出測定該酶催化作用最適溫度的實驗思路?！?/p>

此題參考答案：在一定溫度范圍（包括55～65℃）內設置溫度梯度，放在相同且適宜的條件下分別測定該細菌脂肪酶活性，若所測得的數據出現峰值，則峰值所對應的溫度即為該酶催化作用的最適溫度。否則，擴大溫度范圍，繼續(xù)實驗，直到出現峰值。

對策：此題要求學生利用歸納與總結、演繹與推理等科學思維解題。解題過程中，可引導學生思考以下問題：1、該實驗的目的是什么2、實驗的自變量是什么？3、實驗的因變量是什么？4、預期結果是什么？結合本題信息，可得以下模型：“實驗思路：設置自變量+測定因變量+預期結果?！?/p>

2 運用模型構建的方法解題，發(fā)展科學探究

作為生物學學科核心素養(yǎng)，科學探究是指學生能夠針對有價值的問題、疑問、難題或者想法進行研究，基于好奇與困惑來理解生命世界和建構知識的意愿和能力。科學探究也是一種學習方式，它促使學生提出問題，獲得證據并對這些證據進行嚴格的檢驗[2]。學生通過一系列的探究實驗，感悟知識的生產過程，領悟科學探究的思想和方法。解題過程中，教師和學生之間，學生與學生之間的協(xié)作和交流，對概念模型的構建都有十分重要的作用。

例：2007，重慶卷31(節(jié)選）甘薯和馬鈴薯都富含淀粉，但甘薯吃起來比馬鈴薯甜。為探究其原因，某興趣小組以甘薯塊莖為材料，在不同溫度、其他條件相同的情況下處理30 min后測定還原糖含量.結果表明馬鈴薯不含還原糖。

(3)為了確認馬鈴薯不含還原糖的原因，請完成以下實驗：

實驗原理：

①_____________________________________________

②_____________________________________________

備選材料與用具：甘薯提取液(去淀粉和還原糖)，馬鈴薯提取液(去淀粉)，二苯胺試劑，斐林試劑，雙縮脲試劑，質量分數為3%的淀粉溶液和質量分數為3%的蔗糖溶液等。

實驗步驟：

第一步：取A、B兩支試管，在A管中加入甘薯提取液，B管中加入等量的馬鈴薯提取液。

第二步：70℃水浴保溫5 min后，在A、B兩支試管中各加入__________________。

第三步：70℃水浴保溫5 min后，在A、B兩支試管中再各加入_______________。

第四步：_________________________________。

實驗結果：_______________________________。

此題參考答案：①淀粉酶水解淀粉產生還原糖 ②還原糖與斐林試劑反應，產生磚紅色沉淀 等量淀粉溶液 等量斐林試劑

沸水浴加熱煮沸1-2 min A管出現磚紅色沉淀，B管呈藍色

對策：此類型題可分為驗證性實驗、探究性實驗和以教材實驗內容為背景的實驗，每種題型都有固定的答題模式。敘述時注意用專業(yè)術語，科學準確的表述。解題時通過分析實驗目的，假設和觀測指標等得出以下模型：“實驗原理：實驗假設+實驗假設和結果的關系+實驗結果（觀測指標）”。在設計實驗的過程中，要注意遵循實驗原則，注意實驗條件。

3 運用構建模型的方法解題，增強學生的邏輯思維，提高語言表達能力

近年來，高考題突出對學生邏思維能力和語言表達能力的考查。但很大一部分學生得分不高，主要原因是學生缺乏邏輯推理和分析綜合能力，不善于運用規(guī)范文字表達。運用建模方法解題，有助于學生分析，推理，綜合和運用[1]。

例：2017課標Ⅰ30（節(jié)選）植物的CO2補償點是指由于CO2的限制，光合速率與呼吸速率相等時環(huán)境中的CO2濃度，已知甲種植物的CO2補償點大于乙種植物的。回答下列問題：

（1）將正常生長的甲、乙兩種植物放置在同一密閉小室中，適宜條件下照光培養(yǎng)。培養(yǎng)后發(fā)現兩種植物的光合速率都降低，原因是____________________。

此題參考答案：植物在光下光合作用吸收CO2的量大于呼吸作用釋放CO2的量，使密閉小室中CO2濃度降低，光合速率也隨之降低。

分析思路如下：已知環(huán)境條件是一密閉小室，適宜條件下照光培養(yǎng)；結果是兩種植物的光合速率都降低。那么，原因應該是在已知條件下，兩種植物發(fā)生的生理變化。表述過程中，講清楚在······條件下，植物甲乙因為·······過程，導致······的結果即可，同時注意邏輯性，完整性。

構建模型：

對策：這類題常見有：“原因是”“結論是”等幾種問法，這類長句表述題要求學生運用所學知識和題干中獲取的信息等歸納總結自己的觀點，要求抓住主干，且要能合理運用生物學專業(yè)術語，符合邏輯。

4 反思

課堂教學中生物模型的構建改變了傳統(tǒng)的教師“滿堂灌”局面，加強了師生間、生生間的互動，有助于學生系統(tǒng)、完整地學習和理解新知識，并運用模型解決一些復雜的問題，實現高等知識初等化、零散知識系統(tǒng)化，培養(yǎng)了學生的探究能力、圖文轉換能力、邏輯思維能力、知識的再創(chuàng)造能力，體現了師生的共同智慧，體現了新課程改革的理念[3]。但是在教學中模型的構建需要教師了解學生的知識能力情況，進行有目的、有組織、有層次的設計并實施，才能真正突破難點，取得比較滿意的教學效果。

在高中生物新課程的教學過程中，如何利用不同類型的模型構建過程引導學生探究、解決生物學問題，使模型成為學生認識生物世界的工具，通過對模型的分析、批判與創(chuàng)造性地建構，提高學生的探究能力和思維能力，培養(yǎng)學生的生物科學素養(yǎng)，尚需我們努力實踐模型方法教學策略，在課堂教學中發(fā)現問題、解決問題，積累更多的教學經驗。