建构模型法-生物高效解题新策略
摘 要：新课改中已经明确指出：建构模型的方法在科学研究中有重要作用，要求培养学生的建模思维和建模能力。本文旨在通过例题实解，渗透建构模型法在提高生物解题效率中的积极作用。
关键词：建构模型 高效解题 新策略
引言：目前, 新课标将科学探究能力的培养列为重要内容，而亮点之一在于是许多生物学的概念、原理、过程都运用模型建构的方法来展示并解决生物学问题。新课标始终强调学生不仅仅应该掌握科学知识，更应该学习科学研究的一般方法，因为这些方法对所有学生的发展具有更为重要的价值。科学研究的一般方法教材中介绍了很多，模型建构的方法是教材中首次提出但极为重要的一种理性思维方法。正如新课标所指出“要领悟建立模型等科学方法及其在科学研究中的应用”，模型建构作为一种现代科学认识手段和思维方式，对解决生物学问题有着广泛的应用价值和意义。
模型建构法就是把研究对象( 原型) 的一些次要的细节、非本质的联系舍去，从而以简化和理想化的形式去再现原型的各种复杂结构、功能和联系的一种科学方法。模型和原型的关系如右示意图：
教材中介绍了概念模型、数学模型和物理模型三种类型（如表1）.
表1
类型 概念 表现形式 举例
概念
模型 对认识对象系统的简化的定性描述，用于表示系统组成和相互关系 图示、
文字、
符号 达尔文自然选择学说的解释模型
生态系统的结构模型
物理
模型 以实物或图画形式直观
地表达认识对象的特征 实物、
图画 尝试制作真核细胞的三维结构模型
建立血糖调节的模型
数学
模型 采用数学语言对对象进行
定量描述 公式、
函数式、曲线图等 种群 的 J型增长曲线
种群 的' S型增长曲线
生物学是研究自然界中生命运动最基本、最普遍的规律以及生物体的结构，自然界生物种类繁多、运动错综复杂，几乎每个具体的问题都要涉及到许多因素。通过建构模型能够排除非本质因素的干扰，舍弃次要因素和无关因素，突出反映事物的本质特征，从而使生命现象或过程得到简化、纯化和理想化，构建模型过程能帮助学生使知识系统化，规律化，形象化。运用建构模型法来分析研究对象的组成因素,各因素之问的关系,因素运行的特点，预测评价等，大大提高了生物问题的解决效率,而当学生掌握了模型建构的方法，也就掌握了一种科学研究的一般方法，这正是新课标的改革方向所在。因此，在生物学问题的解决过程中适当利用模型往往能够达到事半功倍的效果。
一 建构实物模型 突破抽象难题
示例1：人体组织细胞(如骨骼肌细胞)有氧呼吸时需要的02从外界进人该细胞参与反应，需要通过层生物膜？（ ）
A. 4 B. 5 C. 7 D. 11
解题策略：
步骤 建立模型
从原型中提取出主要因素，剔除非必须因素 组织细胞，线粒体，肺泡，毛细血管壁，红细胞
用简便的方法表示提取的因素 线条表示生物膜，勾画简图
研究因素之间的关系，建立模型 用箭头表示C02从线粒体
形成图示如右：答案非常明了应选D。
方法小结：通过将题干信息建构为生物实物模型，借助线条、方框、箭头等符号，将复杂事物形象直观地表达出来，化抽象为具体，反映生命现象的发生发展以及生物的结构生理和相互联系，一些比较有技巧的题都巧妙地将信息隐藏在题干中而不会太明显，而建构模型的过程我们既理清了显在的已知条件，又直观地呈现出一些隐含的解决问题必须的条件，透过模型看本质，有效突破一些抽象的生物学难题。
二 建构概念模型 描述内在关系
示例2：在用脊蛙(去除脑保留脊髓的蛙)进行反射弧分析的实验中，破坏缩腿反射弧在左右后肢的部分结构，观察双侧后肢对刺激的收缩反应，结果如下表：
刺激部位 反应
破坏前 破坏后
左后肢 左后肢收缩 右后肢收缩 左后肢不收缩 右后肢不收缩
右后肢 左后肢收缩 右后肢收缩 左后肢不收缩 右后肢收缩
上述结果表明，反射弧的被破坏部分可能是
A.感受器 B.感受器和传入神经
C.传入神经和效应器 D.效应器
解题策略：①完成反射活动的结构基础是反射弧，反射弧由五个环节“感受器→传入神经→神经中枢→传出神经→效应器” 组成。②根据破坏前的实验过程与结果我们可建构简单的概念模型：发现反射弧有：
左后肢感受器→左后肢传入神经→神经中枢→传出神经→左后肢效应器
传出神经→右后肢效应器
右后肢感受器→右后肢传入神经→神经中枢→传出神经→右后肢效应器
传出神经→左后肢效应器
③根据概念模型分析破坏后的实验现象，若刺激左后肢，左、右后肢都不收缩，说明破坏缩腿两条反射弧的共同部分，应为感受器,传入神经或者神经中枢 在左后肢的部分结构后；若刺激右后肢，左后肢都不收缩，右后肢能收缩。说明所破坏的是两条反射弧的非共同部分，应为传入神经和效应器。因此答案选C。
方法小结：本题在解决生物问题时概据题设条件，将抽象的生物学信息转换重组，用文字、符号描述认识对象的组成和相互关系，便于直观地观察、比较和分析，让抽象的思维有所依托，有助于问题的顺利解决。
三 建构数学模型 揭示问题本质
示例3：一对夫妻,其后代若：仅考虑甲病, 得病几率为a,仅考虑乙病, 得病几率为b, 则该对夫妻生出仅患一种病孩子的几率可表示为
解题策略：建构数学模型如右：
示例4：在一个草原生态系统中，草是生产者，鼠是初级消费者。现将某动物新物种x引入该生态系统，调查表明鼠与x的种群数量变化如右表。若不考虑瘟疫等其他因素，下列说法中最可能的是（ ）
时间（年) 1 2 3 4 5 6 7 8
鼠种群数量(只) 18900 19500 14500 10500 9500 9600 9500 9600
x种群数量(只) 100 120 200 250 180 170 180 170
A、在该调查时间内物种x种群增长曲线大致呈“J”型
B、若在第9年间，大量捕杀x种群个体，则第10年鼠种群数量增加
C、鼠和X种群为竞争关系
D、鼠和x种群为互利共生关系
解题策略：如此多的数据我们很难着手分析，我们可先将其数量变化趋势转化为简易的随时间变化的数量变化曲线图如图
通过建构数学模型，很明显我们可以得出其种间关系为捕食关系，答案选B
方法小结：新课程将生物中的数学列为全新的一块内容，体现了数学这一基础学科在解决现代生物学中的复杂问题的重要作用，在解答示例3与4的过程中我们体会到数学模型的将题设信息加工、重整、转化抽象为直观的数学语言，有效地揭示问题本质的作用，帮助我们直观、便捷地解决复杂抽象的难题 。
四 综合运用模型 高效突破难题
示例5：下图是人体一个细胞分裂时，细胞核中染色体（实心）和DNA（空心）在各时期统计数据得出A、B、C、D四种不同情况，下列说法错误的是（ ）
A．有两个染色体组的是ABC。
B．同源染色体分离在B时期。
C．交叉互换常发生在B。
D．着丝点分裂一旦发生DNA与染色体数目情况由C变为A。
解题策略：初看本题为较难题，比较抽象，解题时通过建构物理模型与数学模型建立减数分裂过程染色体和DNA数目规律变化的模型直观分析出答案应为A。
方法总结：总之建构模型法作为思维方法和行为方式, 它能抛开事物次要的非本质部分， 将主要因素，相互关系，过程，状态等以直观的形式呈现，降低了人们认识客观事物的难度，其中蕴涵着很高的认知价值，掌握了模型方法不仅能更透彻的理解科学知识，还能将学生的认知水平逐步从具体向抽象过渡，从感性思维上升到理性思维。学生一旦将模型方法内化为自己的认知图式,就能获得认知水平的跃进，解决生物学难题甚至其他更多问题都将变得更高效更容易。
参考文献：
[1]美国国家科学教育标准．北京：科学技术文献出版社，128～215
[2]邢红军.1997.论科学教育中的模型方法教育教育研究
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