高考二輪復(fù)習(xí)模型構(gòu)建微專題

生物學(xué)高考二輪復(fù)習(xí)模型構(gòu)建微專題1本專題的學(xué)科能力分析《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版)》的基本理念之一是以發(fā)展學(xué)生“核心素養(yǎng)為宗旨”，并明確將“模型與建?！弊鳛椤翱茖W(xué)思維”的重要組成部分。模型是對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的一種簡(jiǎn)化再現(xiàn)，是一種表達(dá)科學(xué)知識(shí)、概念的工具。生物學(xué)模型就是學(xué)習(xí)者根據(jù)自己對(duì)生物結(jié)構(gòu)、生理過程的理解去形象化地描述生物的本質(zhì)特征。建模即模型建構(gòu)，是為了解決特定問題，利用所給定的思維工具，通過一定的抽象、簡(jiǎn)化和假設(shè)活動(dòng)以某種表征系統(tǒng)再現(xiàn)原型客體的基本屬性及其關(guān)系。通過建模，學(xué)習(xí)者可以用可視化的方式來驗(yàn)證、反思、表達(dá)自己的思想。模型和建模是獲得知識(shí)的一種重要途徑，相比講授式教學(xué)，“模型與建?！苯虒W(xué)為學(xué)習(xí)者提供了更有利的學(xué)習(xí)工具，使知識(shí)更為形象、具體。建模過程需要剔除原型中無關(guān)緊要的細(xì)節(jié)，抽提主要特征和本質(zhì)，有利于發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維。高中生物學(xué)的概念、生理過程比較微觀，傳統(tǒng)的講授式教學(xué)往往側(cè)重于讓學(xué)生記住“知識(shí)”，學(xué)習(xí)停留在淺表，難以落實(shí)生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。隨著新課程理念的普及，“模型與建模”成為了高中生物教師常用的教學(xué)策略，其主要價(jià)值在于通過建模，學(xué)生體驗(yàn)建立模型的思維過程，領(lǐng)悟模型方法，并獲得或鞏固有關(guān)生物學(xué)概念，引導(dǎo)學(xué)生通過模型來認(rèn)識(shí)科學(xué)本質(zhì)，通過“建?！边^程來發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維。2．專題教學(xué)的實(shí)施策略根據(jù)模型表征信息的程度可將模型大體分為物理模型、數(shù)學(xué)模型、概念模型三種。2．1物理模型的建構(gòu)物理模型是指用實(shí)物或圖形來表達(dá)生物學(xué)概念或生理過程，如真核細(xì)胞結(jié)構(gòu)模型、細(xì)胞膜的流動(dòng)鑲嵌模型等。物理模型的建構(gòu)一般包括以下幾個(gè)步驟：分析原型的本質(zhì)特征→尋找并確定制作模型的材料→構(gòu)建模型→修正模型?！纠坑薪z分裂過程中染色體行為變化的模型建構(gòu)。設(shè)計(jì)思路：此活動(dòng)的目的是讓學(xué)生用合適的材料來表征有絲分裂過程的本質(zhì)特征。因此，在構(gòu)建模型前，先引導(dǎo)學(xué)生討論有絲分裂的本質(zhì)特征。但即便學(xué)生初步理解了有絲分裂的本質(zhì)特征，依舊難以直接建構(gòu)模型，因?yàn)閷W(xué)生無法將“模型”與“原型”進(jìn)行匹配。該模型建構(gòu)活動(dòng)拆分成如下3個(gè)小活動(dòng)。(1)活動(dòng)l：建構(gòu)母細(xì)胞染色體組成模型?；顒?dòng)目的：表征母細(xì)胞染色體組成，理解模型與原型的關(guān)系。活動(dòng)過程：①分析原型的本質(zhì)特征。教師展示人和果蠅體細(xì)胞染色體組成圖，請(qǐng)學(xué)生比較異同。②選擇并確定材料。教師引導(dǎo)學(xué)生思考：若用毛根作為染色體，你認(rèn)為構(gòu)建一個(gè)母細(xì)胞的染色體組成模型至少需要幾條毛根?理由是什么?如何表征原型中成對(duì)的二條染色體來源不同這一共同特征?③模型構(gòu)建與修正。學(xué)生在制作母細(xì)胞染色體組成模型時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)各種錯(cuò)誤，如用一對(duì)藍(lán)色長(zhǎng)毛根和一對(duì)紅色短毛根來表示母細(xì)胞中的染色體組成等。教師可引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行小組交流、展示、評(píng)價(jià)并修正模型。(2)活動(dòng)2：建構(gòu)子細(xì)胞染色體組成模型?；顒?dòng)目的：表征子細(xì)胞染色體組成，從而理解母細(xì)胞有絲分裂過程中染色體“精確均分”的涵義?；顒?dòng)過程：①分析原型的本質(zhì)特征。引導(dǎo)學(xué)生思考：通過有絲分裂獲得的子細(xì)胞與母細(xì)胞一樣嗎?怎樣才算染色體“精確均分”?子細(xì)胞中的染色體組成是怎么樣的?②選擇并確定材料：引導(dǎo)學(xué)生思考：若用毛根作為染色體，怎樣構(gòu)建一個(gè)子細(xì)胞的染色體組成模型?(模型中毛根的數(shù)量、長(zhǎng)短、顏色的選取及理由是什么?③模型構(gòu)建與修正。學(xué)生在制作子細(xì)胞染色體組成模型時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)各種錯(cuò)誤，如用一紅一藍(lán)2條長(zhǎng)毛根和一對(duì)紅色短毛根來表示子細(xì)胞中的染色體組成等。教師可引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行小組交流、展示、評(píng)價(jià)并修正模型。(3)活動(dòng)3：建構(gòu)有絲分裂過程染色體行為變化過程模型?；顒?dòng)目的：表征有絲分裂過程中染色體的精確均分過程，并進(jìn)一步領(lǐng)悟分裂各時(shí)期染色體的行為與“精確均分”功能是相適應(yīng)的?；顒?dòng)過程：①分析原型的本質(zhì)特征。教師播放有絲分裂過程動(dòng)態(tài)視頻，請(qǐng)學(xué)生找出染色體與“精確均分”有關(guān)的行為，并說明理由。②選擇材料并建構(gòu)模型。學(xué)生選擇毛根為材料，模擬與精確均分有關(guān)的染色體某一行為。③模型修正。各小組交流、展示模型，修正模型中的各種錯(cuò)誤，如染色體移向兩極時(shí)著絲粒和兩臂的方向錯(cuò)誤等，并討論此時(shí)的染色體特征及與“精確均分”的關(guān)系。學(xué)生通過討論，領(lǐng)悟有絲分裂各時(shí)期染色體行為特點(diǎn)是與“精確均分”功能是相適應(yīng)的。設(shè)計(jì)意圖：在有絲分裂過程的常態(tài)課教學(xué)中，教師往往直接講解有絲分裂過程中染色體行為變化模型，或者未做鋪墊直接讓學(xué)生建構(gòu)模型。前者只是讓學(xué)生簡(jiǎn)單識(shí)記和淺層理解有絲分裂各時(shí)期特點(diǎn)；后者實(shí)際操作性不強(qiáng)，學(xué)生往往只是按教材上的模式圖擺放一下，并不能真正理解這個(gè)模型的涵義，也無法落實(shí)模型及建模教學(xué)所需要培養(yǎng)的核心素養(yǎng)。建構(gòu)有絲分裂染色體行為變化的模型的意圖是去除原型中的各種細(xì)節(jié)性差異，抽象出有絲分裂過程的本質(zhì)特征(染色體復(fù)制和精確均分)。筆者在進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)，先用前面二個(gè)模型建構(gòu)活動(dòng)做鋪墊，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)模型及有絲分裂過程中染色體精確均分的涵義。在此基礎(chǔ)上，學(xué)生才能順利自主建構(gòu)有絲分裂過程中染色體行為變化模型，才能真正通過模型來表征有絲分裂的本質(zhì)特征，并進(jìn)一步領(lǐng)悟結(jié)構(gòu)與功能觀。2．2數(shù)學(xué)模型的建構(gòu)數(shù)學(xué)模型是用數(shù)學(xué)關(guān)系、圖表等來表示事物之間關(guān)系，如種群增長(zhǎng)曲線模型、光合速率與影響因素關(guān)系模型。數(shù)學(xué)模型的建構(gòu)過程一般包括：選擇模型表達(dá)方式_用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)事物性質(zhì)進(jìn)行表達(dá)_抽提表達(dá)式中的共性特征并建構(gòu)數(shù)學(xué)模型一模型的修正與驗(yàn)證。【例】種群數(shù)量邏輯斯諦增長(zhǎng)模型的建構(gòu)?；顒?dòng)設(shè)計(jì)思路：“探究培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的動(dòng)態(tài)變化”旨在探究種群數(shù)量動(dòng)態(tài)變化規(guī)律，嘗試依據(jù)數(shù)據(jù)測(cè)量來建立數(shù)學(xué)模型。模型構(gòu)建過程需要學(xué)生從原型即實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中來抽提本質(zhì)特征，根據(jù)教材單一變量的實(shí)驗(yàn)最終獲得的一組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，無法從中抽提共性，不符合模型構(gòu)建過程，也不利于學(xué)生科學(xué)思維的培養(yǎng)。設(shè)計(jì)活動(dòng)時(shí)，根據(jù)教材提及的邏輯斯諦增長(zhǎng)的發(fā)生條件(資源有限、空間有限、其他生物的制約等)，設(shè)計(jì)了探究營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、生存空間、雜菌和初始接種量等4個(gè)變量對(duì)大腸桿菌種群數(shù)量的影響的5組實(shí)驗(yàn)方案。學(xué)生可以通過實(shí)驗(yàn)獲得的多組數(shù)據(jù)，比較分析并抽提共同點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)種群數(shù)量變化的共同規(guī)律，進(jìn)而構(gòu)建種群數(shù)量特征的數(shù)學(xué)模型?；顒?dòng)過程：環(huán)節(jié)一：課前實(shí)驗(yàn)。全班學(xué)生依據(jù)上述四個(gè)變量分為5個(gè)小組，完成實(shí)驗(yàn)探究過程。教師的主要任務(wù)是指導(dǎo)學(xué)生熟悉各種實(shí)驗(yàn)器材的使用、學(xué)習(xí)和使用《量規(guī)表》、細(xì)化實(shí)驗(yàn)方案、應(yīng)對(duì)實(shí)驗(yàn)過程中可能出現(xiàn)的突發(fā)情況等。環(huán)節(jié)二：課堂教學(xué)。學(xué)生自主構(gòu)建種群數(shù)量增長(zhǎng)的數(shù)學(xué)模型。①選擇模型表達(dá)方式：小組討論，得出更直觀、具有可比性地呈現(xiàn)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的方式(坐標(biāo)曲線圖)。②用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來表達(dá)事物性質(zhì)：各個(gè)小組用曲線呈現(xiàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并展示、分析和比較不同曲線之間的差異及造成差異的原因。③抽提共性構(gòu)建模型：教師將學(xué)生展示的曲線圖形一并進(jìn)行展示，請(qǐng)學(xué)生．分析不同小組獲得的曲線的不同點(diǎn)和共同特征。學(xué)生討論，得出種群邏輯斯諦增長(zhǎng)的數(shù)學(xué)模型。

④模型的驗(yàn)證與修正：對(duì)比分析根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)所繪制的曲線與模型，討論偏差發(fā)生的原因，并在此基礎(chǔ)上修正模型；教師列舉綿羊種群和人工飼養(yǎng)的黃猩猩、果蠅的種群數(shù)量變化曲線，用以驗(yàn)證模型的客觀性；總結(jié)數(shù)學(xué)模型建構(gòu)的方法。⑤嘗試構(gòu)建新模型：實(shí)驗(yàn)室條件下，如果大腸桿菌生活在營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)充足、生存空間充足的環(huán)境中，請(qǐng)嘗試構(gòu)建一個(gè)新的種群數(shù)量變化模型。設(shè)計(jì)意圖：在種群增長(zhǎng)方式的常態(tài)課教學(xué)中，邏輯斯諦增長(zhǎng)模型的數(shù)學(xué)公式非常復(fù)雜，因此教師往往采用告知的方式來講授曲線模型及其代表的生物學(xué)含義，然后開展一些討論活動(dòng)來幫助學(xué)生理解模型。通過讓學(xué)生在親身實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上自主建構(gòu)該模型，體驗(yàn)數(shù)學(xué)模型建構(gòu)的基本過程，并改變條件讓學(xué)生再次嘗試構(gòu)建新模型，能更好地促進(jìn)學(xué)生提升科學(xué)思維的能力，使學(xué)生更深入地理解模型研究的方法和意義。2．3概念模型的建構(gòu)概念模型是用知識(shí)結(jié)構(gòu)體系來呈現(xiàn)概念及其之間的關(guān)系，如用概念圖來呈現(xiàn)特異性免疫過程，用流程圖來表示光合作用過程。概念模型的建構(gòu)需要學(xué)習(xí)者厘清概念之間的關(guān)系。建模過程一般包括：分析并提取要素(概念)→厘清要素之間的關(guān)系→建構(gòu)模型→修正完善模型?！纠可鷳B(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)模型的建構(gòu)?；顒?dòng)設(shè)計(jì)思路：學(xué)生查閱關(guān)于林德曼研究賽達(dá)伯格湖能量流動(dòng)的相關(guān)文獻(xiàn)，教師引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)林德曼的研究思路和系統(tǒng)論的要素分析法，自主建構(gòu)賽達(dá)伯格湖能量流動(dòng)的定性和定量模型，初步學(xué)會(huì)模型研究的基本方法?；顒?dòng)過程：①分析并抽提要素。教師出示科學(xué)史素材(林德曼繪制的賽達(dá)伯格湖食物關(guān)系圖)，引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)賽達(dá)伯格湖食物關(guān)系圖，提取并簡(jiǎn)化生態(tài)系統(tǒng)要素，并說出要素提取的依據(jù)。②厘清要素之間的關(guān)系。學(xué)生以小組為單位，根據(jù)林德曼繪制的食物關(guān)系圖，分析、討論某一營(yíng)養(yǎng)等級(jí)能量的來源與去路。③構(gòu)建能量流動(dòng)定性模型。學(xué)生以小組為單位，構(gòu)建能量流動(dòng)的定性模型(用箭頭來表示能量的來源與去路，并在箭頭上方用文字加以說明能量獲得或散失的途徑)。小組交流、展示、評(píng)價(jià)模型。教師歸納能量輸入、傳遞、散失3個(gè)環(huán)節(jié)，幫助學(xué)生建構(gòu)能量流動(dòng)的概念，并整理提升模型的意義及建模的一般方法。④構(gòu)建能量流動(dòng)定量模型。出示科學(xué)史(林德曼通過湖泊中取樣、實(shí)驗(yàn)室水生生態(tài)箱模擬測(cè)定各營(yíng)養(yǎng)級(jí)能量去向的數(shù)據(jù))，學(xué)生以小組為單位分析數(shù)據(jù)，并嘗試將數(shù)據(jù)填入定性模型的相應(yīng)部位。小組討論、交流、評(píng)價(jià)模型。⑤修正、完善模型。教師引導(dǎo)學(xué)生依據(jù)模型，分析、討論能量流動(dòng)的特點(diǎn)與規(guī)律。學(xué)生根據(jù)能量流動(dòng)的特點(diǎn)和規(guī)律，校正模型。⑥應(yīng)用模型。出示“?；~塘”資料，引導(dǎo)學(xué)生利用能量流動(dòng)模型分析其優(yōu)勢(shì)，并嘗試對(duì)系統(tǒng)進(jìn)一步優(yōu)化。設(shè)計(jì)意圖：在常態(tài)課教學(xué)中，生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)模型往往都是教師通過教材圖例直接告知學(xué)生的，不少教師自身都不清楚林德曼建構(gòu)能量流動(dòng)模型的過程。筆者要求學(xué)生查閱林德曼的相關(guān)論文，在課堂教學(xué)中合理利用相關(guān)科學(xué)史素材，讓學(xué)生根據(jù)系統(tǒng)要素分析的方法自主建構(gòu)上述模型，從而促進(jìn)學(xué)生發(fā)生深度學(xué)習(xí)，有效提升學(xué)生的科學(xué)探究和科學(xué)思維能力。3．專題教學(xué)的反思建模是指將研究對(duì)象的一些次要的細(xì)節(jié)、