对生物模型方法的认识

1、对生物模型方法的认识模型方法是以研究模型来揭示原型的形态、特征和本质的方法，是逻辑方法的一种特有形式。模型舍去了原型的一些次要的细节、非本质的联系，以简化和理想化的形式去再现原型的各种复杂结构、功能和联系，是连接理论和应用的桥梁（模型和原型的关系如下图）。原型模型理论抽象化解释证明具体化高中生物模型方法，根据模型所代表和反映的方式可以分为三大类：1.1 物质模型方法用实物代替原物进行研究的方法叫做物质模型方法。在高中生物教学中，有许多原物无法找到或没有必要找到，而采用人工制造的模型或模式标本作为模型，如细胞的结构模型、被子植物花的结构模型、2噬菌体的模型等，以人工制造的模型来构建生物共同的形态

2、结构特性；蛋白质的结构模型、分子的双螺旋结构模型、细胞膜的结构模型等，以一定形态的分子模拟物对生物原型形象、简约地表现出来，利于抓住本质特征。利用计算机可以制作或的图像进行设计模型及演示，有效地避免实物模型带来的大小、视觉、色彩等教学不利因素。1.2 想象模型方法用想象的抽象物代替原型进行研究的方法叫做想象模型方法。这种方法是人们抽象出生物原型某些方面的本质属性而构思出来的，使对象简化便于研究。例如，物质出入细胞的模型、细胞分裂过程模型、光合作用过程模型、呼吸作用过程模型、激素分泌的调节模型、动物的个体发育过程模型、生物系统的结构与功能模型等，我用Flash制作的这些过程动画模型(可到http

3、:/lin-1.3 数学模型方法用符号、公式、图象等数学语言表现生物学现象、特征和状况的方法称为生物学数学模型方法。如：教材中的细胞分裂过程中含量、染色体数量的变化曲线、酶的活性受温度酸碱度影响的曲线、同一植物不同器官对生长素浓度的反应曲线、基因分离定律、自由组合定律的图表模型、种群基因频率、基因型频率等数学模型，通过计算机的数据模拟，结合相应的生理过程，建立模型，以形成学生对问题的解释、判断和预测的方法。2 生物模型方法教学的具体实施在进行模型教学时，要引导学生认识：为什么要建立模型，怎样建立模型，模型运用的条件是什么，怎样检验和完善模型。简言之，既要教模型的知识，又要教模型的方法。下面以“

4、植物对水分的吸收和利用”一课为例谈谈模型方法的教学环节。植物细胞渗透作用的原理是这一课的重点和难点，根据教材的安排，先进行渗透作用的实验演示，了解渗透作用条件及原理，然后引出成熟的植物细胞具备这两个条件，是一个渗透系统。从知识内在逻辑体系上看是顺理成章的，但从学生程序性知识的获得过程上看，根据植物细胞吸水、失水现象想到设计渗透作用装置来探究，就显得生硬和牵强。所以我根据模型方法的形成特点，对教学程序进行了调整。2.1 观察对象的外部表现，提出疑问和研究课题计算机展示：两株长势相似的青菜，分别放入盛有等量的清水和浓盐水中，然后显示在盐水中的菜叶慢慢萎蔫。通过观察，让学生自己根据观察到的现象提出问

5、题：在盐水中青菜为什么会萎蔫？并作出假设：在盐水中的青菜是因为失水萎蔫。在假设基础上提出新的问题：是什么部位失水？为什么失水？从而确定研究课题：植物细胞是如何吸水和失水的，也就是建立“植物细胞渗透作用”的模型。通过从个体失水现象到细胞失水分析，是对研究对象的一种简化，这是模型方法的基本思想的体现。2.2 设计模型实验找出实验现象的主要特征及产生这些现象的条件通过计算机模拟的细胞结构模型的分析：原生质层可以看作半透膜，水分子可以自由通过而无机盐离子选择通过，如将植物细胞放入浓盐水中，水分子从细胞向外扩散的就会多，也就是会失水，从而会表现出原生质层与细胞壁分离的现象。在分析基础上，学生开始设计验证

6、植物细胞渗透吸水失水的实验，并根据设计的实验进行操作，观察现象、分析实验原因。实验中除提供必需的器材外，还准备了多种溶液：有浓盐水、不同浓度的蔗糖溶液、酒精、硝酸钾溶液等，虽然这些药品不一定都要用到，但有利于抽象和概括的模型思想的形成。2.3 分析实验事实，建立相应模型由于实验过程只是对思维的一种判断或验证，对于形成渗透模型，仍然借助于计算机的质壁分离及复原的微观过程模型的演示，建立起“半透膜两侧存在浓度差，可以发生渗透作用”的模型。由于细胞的质壁分离过程中，受细胞复杂的结构的影响，建立起的模型需通过检验。于是设计了渗透作用演示实验，来验证半透膜两侧存在深度差是否发生渗透作用，同时提出变式问题

7、：长颈漏斗口如不用半透膜，用全透或不透的膜，结果如何？膜两侧溶液调换，结果又如何？等等。2.4 运用所建模型解释现象这是用模型解释原型的过程。生产、生活中有许多例子：植物的烧苗、萎蔫现象，凉拌黄瓜，合理施肥、灌溉，甚至动物细胞渗透压的维持、内环境的稳态等，学生都可以运用渗透模型来解释这些现象。可以使学生体验到理论知识的作用，使他们对探究活动成功后的喜悦感、自豪感产生稳定的需要，有助于形成稳定的学习兴趣。2.5 修正和完善模型植物细胞都是通过渗透作用吸水和失水的吗？通过干种子吸水的计算机模拟，证明有的细胞通过吸胀作用吸收水分的。这样对原先的模型进行补充或扩充，使学生认识到模型的建立是一个不断发展

8、和完善的过程。3 生物模型方法教学应注意的问题3.1 要注意在模型教学中教给方法在生物学模型教学中，要防止只粗略地介绍模型的知识而忽视模型方法。在教给方法和练习过程中，重视培养学生的科学思维能力，提出一些需要建立模型的问题让学生探索。如2003年全国高考理科综合能力测试第题关于脊蛙的实验题，如果学生掌握了模型方法中的暗箱辨识法，根据暗箱的输入信息和取得的输出信息，就容易推断出答案，并不关系到“知识的内容、名词术语的不熟悉”。3.2 应用信息技术制作的模型应该突出本质应用信息技术可为生物模型方法带来空前的革命，从宏观领域深入到微观领域，从现存的生物延伸到生命的起源和演化的全过程，有许多模型可以通

9、过计算机来实现。但由于制作上的没有统一规范，一些课件外表热闹，实则潦草粗糙，缺少推敲，跟本不能和教材的科学性相提并论，所以我们在制作课件时一定要仔细慎重，重视科学性，发挥模型的功能，体现原型的本质特征。3.3 防止将模型当作绝对真理或实物去认识和应用模型是原型的一种抽象，是在一定条件和范围内建立的，并不是原物本身。因此运用生物模型方法去解决实际问题时要注意条件或作必要的修正。如基因分离规律模型对于细胞质遗传及无性生殖过程就不能应用；“物质进出细胞的方式”模型对于大分子物质则又是内吞、外排作用了等等。生物模型方法是生物教学的一个重要内容，是进行科学方法教育必需贯彻落实的重要组成部分。运用信息技术

10、进行模型方法教学，可以更加充分、有效地发挥模型方法功能，提高学生生物学素养。中生物教学论文生物教学中培养学生创造性思维能力的途径思维能力是人的各种能力的核心，而创造性思维又是思维的最高形式，所以创造性思维能力是人的最高层次的能力。古今中外有突出贡献的科学家，在青少年时期大都已具有超常的创造性思维。创造性思维，对人一生成就的大小至关重要。人类社会正在进入高科技信息时代，在未来的社会里创造性劳动将成为重要的劳动形式。这种劳动性质给学校的教育和教学提出了新的要求，使得培养学生的创造性成为未来教育的一个非常重要的任务。然而，当前学校教育的现状，与这种形势是很不适应的。中科院院士、北京大学校长陈佳洱教授

11、最近指出：“获得诺贝尔奖，需要积累，需要有很好的教育。我国的教育，从小学开始，就存在着严重的问题，除教育的知识面太窄，缺乏基本素质的训练等多种不足外，最根本的问题是缺乏对学生创造性思维的培养。”因此，培养学生的创造性思维，应成为各学科教学改革的重点之一。下面就谈谈在生物教学中培养学生创造性思维能力的一些途径。一、通过联想训练，培养创造性思维能力联想是由所感知或所想的事物想起相关的事物的思维活动。联想虽然并不能直接产生有创新价值的新的形象，但它却为能够产生新形象的想象思维活动提供一定的基础。通过自由想象可探索各种解决问题的方案，通过强制联想可找到实现预期目标的途径。联想的主要类型有接近联想、相似

12、联想、对比联想和因果联想。1.接近联想接近联想是指由于时间或空间上的接近而引起的不同事物间的联想。例如提起有丝分裂中期的细胞特点（纺锤体清晰可见，染色体的着丝点排列在细胞的赤道板上），就可能联想到细胞分裂后期每一个着丝点一分为二，两个姐妹染色单体也随着分开，纺锤丝不断地收缩变短，牵引着分开的两个染色体移向两极。这就是一种时间接近联想。当看到根的结构的挂图时，可能会起到茎的结构，甚至会想到叶的结构。这就是空间接近联想。2.相似联想相似联想是指由于外形或意义相似引起的联想。比如，当看到油菜的花时，就会想到白菜的花和萝卜的花，这就是外形相似联想；当看到人身体上的血管时，就会想到植物的导管和筛管，这是

13、意义相似联想。3.对比联想对比联想是指由于事物间完全对立或存在某种差异而引起的联想。比如，当看到光合作用的公式（二氧化碳水有机物（储存能量）氧气）时，立即会想到呼吸作用的公式（有机物氧气二氧化碳水能量）。4.因果联想因果联想是指由于两事物间存在的因果关系而引起的联想。这种联想往往是双向的，既可以由原因想到结果，也可以由结果想到原因。在科学研究中，得益于因果联想的例子很多，我国植保专家李连昌发明微粒塑料性诱芯就是典型一例。当李连昌手捏着一只枣粘虫的雌蛾时，总有一群雄蛾追随，这使他联想到，一定是雌蛾体内释放了一种性信息素所致，由此他研制成功了枣粘虫性信息素，并制成微粒塑料性诱芯，杀虫效果甚佳，被国

14、家认定为重大发明。二、通过想象训练，培养创造性思维能力想象是人脑在原有形象的基础上加工改造，形成新形象的思维过程。想象的具体类型主要有三种，即再造想象、创造想象和幻想。1.再造想象再造想象是根据一定的词的描述（言语、文字）或图样（图表、图解符号、模型等）的示意在头脑中形成相应的新形象的想象。例如，生命起源的教学，由于生命起源过程学生无法直接感知，只有借助于教师的语言和画面给学生创造一个想象的情景和气氛，使他们仿佛置身于远古的地球，思维随着画面的变化而自由驰聘，各种表象在大脑中变化、组合，学生在理解生命起源过程的同时，也完成了再造想象。2.创造想象创造想象是不依据现成的描述而独立地创造出新形象的

15、想象。例如，将DNA的结构模型拆卸成零件，再让学生动手组装成结构模型，恰如科学家当年创造这些模型一样，启发学生也重新来一次创造。再如让学生自己设计实验方案来验证某些生命现象和规律。有的学校在做完“叶绿体中色素的提取和分离实验”后，教师鼓励学生依据分离原理设计出其他方案。学生提出：用汽油做层析液；用毛细玻璃管沾些色素提取液立在园形滤纸中心；以粉笔取代滤纸条做实验。在此基础上，组织学生对这些设计进行分析讨论，从中选出可行的方案进行实验，以检验是否成功。这样学生在独立地进行形象分析、实验设计、结果预测、直到进行实验的全过程中，都必须经过自己的创造想象。3.幻想幻想是创造想象的一种特殊形式，是一种与主

16、观意向相结合并指向未来的想象。由于幻想的结果超越现实太远，有的甚至很难实现，所以人们往往把幻想同不切实际等同起来。其实许多幻想并非是真的不能实现，而只是受制于人的认识水平，才被人舍弃的。培养现实的幻想精神，对于开发智力确实是不可忽视的，在生物教学中，应经常提出一些能激起学生幻想的问题。如讲完新陈代谢以后可提出如下问题：对于大多数生物来说，新陈代谢越缓慢其寿命越长，为了提高人的寿命，你能想出哪些方法？三、通过发散思维训练，培养创造性思维能力发散思维也称扩散思维、辐射思维、求异思维，是指在思维过程中，不拘泥于一点或一条线索，而是从已有信息出发，尽可能向各个方向扩展，不受已知的或现存的方式、方法、法

17、规、范畴的约束，并且从这种扩散、辐射和求异的思考中，求得多种不同的解决办法，衍生出多种不同的结果。发散思维可以使人思路活跃、思维敏捷、办法多而新颖，能提出大量可供选择的方案、办法和建议，特别能提出一些别出心裁、完全出乎意料的新鲜见解，使问题奇迹般的得到解决。在生物教学中发散思维训练的主要内容有扩散列举、同解变型和引申发挥等。1.扩散列举扩散列举就是围绕一个问题举出多种可能相关的因素。例如在学完家兔的知识后，让学生考虑有哪些因素可以使家兔死亡。没有食物可能饿死，没有氧气可能憋死，心脏坏了可能死，神经受损可能死，失血过多可能死，积毒过量也可能死，人杀可死，狗咬可死。再如学了生物与环境的知识以后，可

18、让学生列举有利于可持续发展战略实施的一切可能措施，诸如控制人口数量，提高人口素质；合理利用动植物资源；保护环境，防治污染；绿化荒山，植树造林；通过生物工程寻找新能源、改良新品种；农业生产工厂化等。经常进行扩散列举训练，学生的思维会越来越活跃和开阔。2.同解变型同解变型就是对同一内容设计出多种形式的问题。通过变换方式求出答案能够培养思维的灵活性，从而达到训练发散思维的目的。例如，针对基因分离规律，围绕减数分裂过程中等位基因随着同源染色体的分开而分离这个实质，可以变换成：在高茎DD和高茎Dd，哪一对是等位基因？为什么？基因型不同为什么表现型相同？在减数分裂过程中，等位基因是怎样分离的？又如，针对自由组合规律，围绕等位基因互相分离，非等