利用模型建構(gòu)與整合來解決高中生物教學(xué)中的問題

李貽國

摘要：本文結(jié)合教材，利用對物理、概念和數(shù)學(xué)等模型的建構(gòu)和整合，來解決教學(xué)中的幾個問題，以提高教學(xué)的有效性。

關(guān)鍵詞：高中生物教學(xué);模型建構(gòu);模型整合

模型是人們?yōu)榱四撤N特定目的而對認(rèn)識對象作的一種簡化的概括性描述?？煞譃椋何锢砟Ｐ?、概念模型、數(shù)學(xué)模型。物理模型以實(shí)物或圖畫直觀地表達(dá)認(rèn)識對象的特征。實(shí)物物理模型活化了抽象知識;圖畫物理模型提高了識圖能力。概念模型以文字表述來抽象概括事物本質(zhì)特征。概念模型有利于綜合理解知識體系，整合零碎知識，簡化復(fù)雜知識。數(shù)學(xué)模型根據(jù)具體情景，抽象出數(shù)學(xué)規(guī)律，并用數(shù)學(xué)公式或圖表的形式表達(dá)。建構(gòu)數(shù)學(xué)模型，有利于培養(yǎng)透過現(xiàn)象揭示本質(zhì)的洞察能力，有利于培養(yǎng)簡約、嚴(yán)密的思維品質(zhì)。

建構(gòu)模型是高中生物新課程標(biāo)準(zhǔn)對學(xué)生提出的能力要求。讓學(xué)生體驗(yàn)建構(gòu)模型的思維過程，領(lǐng)悟建構(gòu)模型的方法，可獲得或鞏固有關(guān)生物學(xué)知識。

本文結(jié)合教材，利用對物理、概念和數(shù)學(xué)等模型的建構(gòu)和整合，來解決教學(xué)中的問題，以提高教學(xué)活動的有效性。

案例1：自由擴(kuò)散、協(xié)助擴(kuò)散與主動運(yùn)輸

1.概念模型的建構(gòu)

（1）自由擴(kuò)散：物質(zhì)通過簡單的擴(kuò)散作用進(jìn)出細(xì)胞的方式。

附：擴(kuò)散不消耗能量，物質(zhì)只順著濃度梯度方向擴(kuò)散。

（2）協(xié)助擴(kuò)散：借助膜上的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白進(jìn)出細(xì)胞的物質(zhì)擴(kuò)散方式。

附：此轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白有兩種，包括載體蛋白和通道蛋白。

（3）主動運(yùn)輸：物質(zhì)能逆濃度梯度的跨膜運(yùn)輸，需要載體蛋白的協(xié)助，同時還消耗細(xì)胞內(nèi)化學(xué)反應(yīng)釋放的能量。

附：能量由細(xì)胞呼吸產(chǎn)生的ATP來供應(yīng)。

2.物理模型的建構(gòu)

附圖：2019年人教版高中生物教科書P66自由擴(kuò)散和協(xié)助擴(kuò)散與P70主動運(yùn)輸

（1）自由擴(kuò)散的限制因素：膜兩側(cè)物質(zhì)濃度梯度的大小。

（2）協(xié)助擴(kuò)散的限制因素：膜兩側(cè)物質(zhì)濃度梯度的大小和轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的數(shù)量。

（3）主動運(yùn)輸?shù)南拗埔蛩兀合嚓P(guān)轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白數(shù)量的多少和能量供應(yīng)的多少。

3.通過數(shù)學(xué)模型的整合：

（1）根據(jù)曲線圖判斷運(yùn)輸方式？A：;B：;C：。

（2）限制A運(yùn)輸速率的因素只有。

（3）P點(diǎn)前限制B運(yùn)輸速率的因素是;P點(diǎn)后的限制因素是。

（4）Q點(diǎn)前限制C運(yùn)輸速率的因素是;Q點(diǎn)后的限制因素是。

答案：（1）自由擴(kuò)散 ?協(xié)助擴(kuò)散或主動運(yùn)輸 ?主動運(yùn)輸（2）物質(zhì)的濃度梯度大?。?）物質(zhì)的濃度梯度大小 ? 轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的多少（4）能量供應(yīng)量的多少 ? 轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的多少

案例2：酶的高效性

1.概念模型的建構(gòu)

（1）活化能：分子從常態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槿菀装l(fā)生化學(xué)反應(yīng)的活躍狀態(tài)所需要的能量。

（2）酶的高效性：酶和無機(jī)催化劑都能降低反應(yīng)的活化能，且作用更顯著。

2.物理模型與數(shù)學(xué)模型的建構(gòu)和整合

（1）推倒一個長方體的箱子，觀察箱子重心變化的軌跡。（下圖1）

（2）繪制重心隨時間變化的坐標(biāo)曲線圖（下圖2）

（3）活動反思：①是否全程需要用力？推到何處不需用力箱子會自行倒下？

（4）類比思考：重心升高需要外力做功獲得能量，化學(xué)反應(yīng)中的分子怎樣獲得能量呢？酶能起到什么樣的作用呢？

3.建構(gòu)和整合出數(shù)學(xué)模型，認(rèn)識酶的高效性（上圖3）

如圖所示為無催化劑和有酶催化兩種條件下，某化學(xué)反應(yīng)過程中相關(guān)物質(zhì)的能量變化過程。

（1）沒有催化劑催化的反應(yīng)曲線是。有酶催化的反應(yīng)曲線是。

（2）反應(yīng)物A在常態(tài)所具有的能量值是。

（3）在無催化劑條件下，反應(yīng)物A發(fā)生反應(yīng)所需要的活化能可用段表示。有酶催化條件下，反應(yīng)物A發(fā)生反應(yīng)所需要的活化能可用段表示。

（4）酶能降低的活化能可用段表示。

（5）若將酶催化改為用無機(jī)催化劑催化該反應(yīng)，c點(diǎn)在縱軸上將向移動。

答案：（1）Ⅰ ?Ⅱ （2）b （3）bd ?bc （4）cd （5）上

生物科學(xué)是一門實(shí)驗(yàn)學(xué)科，但對于平時的生物課堂來說，我們也可以通過模型建構(gòu)來體現(xiàn)學(xué)科的實(shí)驗(yàn)性和實(shí)踐性。模型建構(gòu)在生物教學(xué)中有重要意義，使用模型建構(gòu)的方法進(jìn)行有助于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和想象空間。把模型建構(gòu)的思想融入到課堂教學(xué)中，可以提高教學(xué)活動的有效性。

參考文獻(xiàn)：

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