模型建构方法在生物教学中应用例析

　  模型的种类很多，根据模型的表示方式将模型划分为数学模型、物理模型和概念模型三大类。下面分述之。
     1．数学模型建构的方法及分析
     数学模型是通过建立数学系统，对生命现象进行量化，以数量关系描述生命现象，再运用逻辑推理、求解和运算等达到对生命现象进行研究的目的。
     数学模型的建构一般方法为：模型准备---模型假设---模型建立---模型检验---模型应用
     1．1  数学模型的建构方法（以《建构种群数量增长模型》为例）
     模型准备----研究对象，提出问题；在自然界中如何有效地控制有害细菌的繁殖，必须先找出细菌增长的规律；
     模型假设—--合理简化，提出假设；在自然界影响细菌生长的因素很多，我们先抛开次要因素，假设在“理想环境条件下，即资源和空间无限多的环境中，细菌的种群增长不会受种群密度增加的影响。
     模型建立----理清关系，建立模型；在理想条件下，若某细菌每繁殖一代所用的时间为20min，则随着时间的推移，则Na=2n，在坐标图上呈“J”型增长。
     模型检验----实践检验，修正模型；上述得出的公式和增长曲线，在自然界是否也是这样的呢？需经过实践的检验（举例检验）。实际上在自然界生物生存的空间和资源总是有限的，当种群增加到一定数量时，种群的增长就会停止，有时会稳定在一定的水平，如果用坐标图来表示的话，就会呈“S”型。
     模型应用----实际应用，产生效应。利用“S”型曲线，可以指导我们正确利用野生生物资源，取得经济效益、生态效益和社会效益的全面丰收。例如对捕鱼业的指导等。
     1．2分析
     1．2．1 在此模型的建构教学中，引导学生循着现象→本质→现象，或者具体→抽象→具体的思路，通过分析问题→探究数学规律→解决实际问题→建构数学模型的方法，让学生体验由具体到抽象的思维转化过程；此模型的也是数学模型建立的典范，给我们呈现了数学模型建构的一般方法。
　　1．2．2  培养学生透过现象揭示本质的洞察能力和严密的思维品质。如在遗传规律的模型建构教学中，以一对相对性状的遗传实验为基础，首先让学生从F2及测交后代不同表现型具体的数量中抽象出3:1，1:1的比例关系，从而理解含一对等位基因的杂合子产生的配子种类、子代基因型及表现型的种类及比例，然后借助遗传图解和概率的计算，推理出两对位于非同源染色体上的非等位基本的遗传结果，最后揭示出含n对非等位基因的杂合子的遗传行为和结果，在此过程中培养学生严密的思维品质。
    
　　2．物理模型建构方法及分析
   物理模型是指直观反映认识对象的形态结构的实体或图画。本文探讨的是实体模型，即采用把原型缩小或放大一定的几何尺寸并经简化处理而制成的模型。。
　　实体模型的建构一般方法为：提出问题---根据假设建立模型----检验模型----得出结论。
  
   2．1物理模型建构方法（以《生物膜的流动镶嵌模型》为例）
   提出问题：J. D. Robertson罗伯特森在电子显微镜下观察细胞膜显示的暗—明—暗三层结构，他提出：两边暗色的部分是蛋白质层，呈对称排列；内部浅色部分是双分子层，提出单位膜模型。
  模型建立：学生独立构建单位膜模型。
　检验模型：由理化特性来验证一下模型的正确性。任何一个模型的提出，必须经得住实践的检验。①利用冰冻蚀刻技术得到的蛋白质排布模式图，从实验结果可以看出有些蛋白质是嵌入磷脂内部的，且排布并不均匀也不对称。②1970年，Larry Frye等利用荧光标记小鼠细胞和人细胞融合实验?证明了蛋白质分子也是可以运动的。③动物细胞吸水膨胀时,磷脂双分子层的厚度变小,说明磷脂分子也可以运动的.
 得出结论：蛋白质分子有的镶嵌在磷脂双分子层表面，有的部分或全部嵌入磷脂双分子层中，有的横跨整个磷脂双分子层，修正了膜呈对称排列的观点。
　　2．2分析
　　2．2．1 物理模型的构建是通过抽象建立物理对象，通过类比和假说建立物理过程，并进行实验模拟的过程。在此案例教学中，让学生学会从复杂性的物理现象（暗—明—暗的三层结构）中抽取出来并简化；
　　2．2．2 物理模型不仅反映了原型的直观形象，揭示了原型的主要特征，抓住了主要因素，而且要以观察所积累的知识和实验事实为依据，经过分析、综合、比较、抽象、概括、推理等一系列严格的逻辑论证而建立起来，它不仅能解释已有的现象，而且有预见性；由此可以培养学生分析、综合等能力；
　　2．2．3 物理模型的建立与建立者的学识、胆识、观察能力、实验能力、对原型的简化方式有极大的关系，因为建立的模型带有一定的主观性。有的模型被证明是正确的，有的在一定的范围内适用，有的则被证明是错误的。由此引导学生一要对立辨证的观点；二要激发学生的创新意识，加强创造能力的培养。
　　2．2．4 在中学生物中还有许多物理模型如DNA双螺旋结构模型（必修二第3章第2节）、生态系统的结构模型（必修三第5章第1节）等，在教学中可以采用上述的建模方法进行教学。
　　物理模型具有形象直观性、应用广泛性、综合性等特点；在教学中建立物理模型时，要注意流程的合理性，指导的科学性，从而使学生在掌握模型方法的同时培养学生的探究能力。
　　
　　3．概念模型建构的方法及分析
   概念模型是指以文字表述来抽象概括出事物本质特征的模型。它的建模过程：明确任务---明确各因素的特性---建立各因素之间关系---确定各因素之间的影响方式，完善模型。
 3．1概念模型建构方法（以《建立激素反馈调节模型》（必修三：第2章第2节）为例）
     明确任务：熟悉所构建要求。研究的是激素反馈调节模型的建立，以甲状腺激素分泌的调节为例，所以分析的着眼点应放在反馈调节上。
　明确各因素的特性：从甲状腺激素的反馈调节看，与此相关的因素有①甲状腺激素；②甲状腺；③细胞代谢；④促甲状腺激素（TSH）；⑤垂体；⑥促甲状腺激素释放激素（TRH）；⑦下丘脑；
   建立各因素之间的关系，构建初始模型：从分析上述各因素的特性，可以由学生构建简单的初级模型。如：下丘脑---TRH—垂体—TSH---甲状腺—甲状腺激素---细胞代谢。
　确定各因素之间的影响方式，完善模型：带领学生分析上面的概念图，发现隐含着许多问题，特别地，其中各级要素间只是一种递阶结构关系，即级与级间不存在反馈回路。但在分析实际问题时，名级要素间则往往是存在着反馈回路的，例如甲状腺激素的多少会影响垂体和下丘脑的分泌活动也就是说甲状腺激素分泌过 多，抑制垂体和下丘脑的分泌，甲状腺激素分泌过少，会促进垂体和下丘脑的分泌，从而形成一个负反馈回路。由此，可构建出更为完善的概念模型。
 3．2分析：
  3．2．1 各因素即为实体，实体是指客观存在并且可以相互区别的事物。实体的属性即为实体的特性。
   3．2．2有助于理解和把握生物学的核心概念。在建立光合作用过程的模型过程中，能够帮助学生理解该节内容所含的一些核心概念：如“光合色素”、“光合膜”、“光反应的过程”、“暗反应的过程”、“光反应和暗反应的联系”，而且学生只有掌握了这些核心概念，才能顺利建立模型。

参考文献：
 1．杨佩娟. 生物数学模型的建构与教育价值.生物学教学,2006(9)，14-16