2149.建構(gòu)模型法——生物高效解題新策略

1、建構(gòu)模型法生物高效解題新策略摘 要：新課改中已經(jīng)明確指出：建構(gòu)模型的方法在科學(xué)研究中有重要作用，要求培養(yǎng)學(xué)生的建模思維和建模能力。本文旨在通過例題實解，滲透建構(gòu)模型法在提高生物解題效率中的積極作用。關(guān)鍵詞：建構(gòu)模型 高效解題 新策略引言：目前, 新課標(biāo)將科學(xué)探究能力的培養(yǎng)列為重要內(nèi)容，而亮點之一在于是許多生物學(xué)的概念、原理、過程都運用模型建構(gòu)的方法來展示并解決生物學(xué)問題。新課標(biāo)始終強(qiáng)調(diào)學(xué)生不僅僅應(yīng)該掌握科學(xué)知識，更應(yīng)該學(xué)習(xí)科學(xué)研究的一般方法，因為這些方法對所有學(xué)生的發(fā)展具有更為重要的價值?？茖W(xué)研究的一般方法教材中介紹了很多，模型建構(gòu)的方法是教材中首次提出但極為重要的一種理性思維方法。正如新課標(biāo)

2、所指出“要領(lǐng)悟建立模型等科學(xué)方法及其在科學(xué)研究中的應(yīng)用”，模型建構(gòu)作為一種現(xiàn)代科學(xué)認(rèn)識手段和思維方式，對解決生物學(xué)問題有著廣泛的應(yīng)用價值和意義。模型建構(gòu)法就是把研究對象( 原型) 的一些次要的細(xì)節(jié)、非本質(zhì)的聯(lián)系舍去，從而以簡化和理想化的形式去再現(xiàn)原型的各種復(fù)雜結(jié)構(gòu)、功能和聯(lián)系的一種科學(xué)方法。模型和原型的關(guān)系如右示意圖：教材中介紹了概念模型、數(shù)學(xué)模型和物理模型三種類型（如表1）. 表1類型概念表現(xiàn)形式舉例概念模型對認(rèn)識對象系統(tǒng)的簡化的定性描述，用于表示系統(tǒng)組成和相互關(guān)系圖示、文字、符號達(dá)爾文自然選擇學(xué)說的解釋模型生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模型物理模型以實物或圖畫形式直觀地表達(dá)認(rèn)識對象的特征實物、圖畫嘗試制作

3、真核細(xì)胞的三維結(jié)構(gòu)模型建立血糖調(diào)節(jié)的模型數(shù)學(xué)模型采用數(shù)學(xué)語言對對象進(jìn)行定量描述公式、函數(shù)式、曲線圖等種群 的 j型增長曲線種群 的 s型增長曲線生物學(xué)是研究自然界中生命運動最基本、最普遍的規(guī)律以及生物體的結(jié)構(gòu)，自然界生物種類繁多、運動錯綜復(fù)雜，幾乎每個具體的問題都要涉及到許多因素。通過建構(gòu)模型能夠排除非本質(zhì)因素的干擾，舍棄次要因素和無關(guān)因素，突出反映事物的本質(zhì)特征，從而使生命現(xiàn)象或過程得到簡化、純化和理想化，構(gòu)建模型過程能幫助學(xué)生使知識系統(tǒng)化，規(guī)律化，形象化。運用建構(gòu)模型法來分析研究對象的組成因素,各因素之問的關(guān)系,因素運行的特點，預(yù)測評價等，大大提高了生物問題的解決效率,而當(dāng)學(xué)生掌握了模型建

4、構(gòu)的方法，也就掌握了一種科學(xué)研究的一般方法，這正是新課標(biāo)的改革方向所在。因此，在生物學(xué)問題的解決過程中適當(dāng)利用模型往往能夠達(dá)到事半功倍的效果。一 建構(gòu)實物模型 突破抽象難題示例1：人體組織細(xì)胞(如骨骼肌細(xì)胞)有氧呼吸時需要的02從外界進(jìn)人該細(xì)胞參與反應(yīng)，需要通過層生物膜？（ ） a. 4 b. 5 c. 7 d. 11解題策略：步驟建立模型從原型中提取出主要因素，剔除非必須因素組織細(xì)胞，線粒體，肺泡，毛細(xì)血管壁，紅細(xì)胞用簡便的方法表示提取的因素線條表示生物膜，勾畫簡圖研究因素之間的關(guān)系，建立模型用箭頭表示c02從線粒體形成圖示如右：答案非常明了應(yīng)選d。 方法小結(jié)：通過將題干信息建構(gòu)為生物實物模

5、型，借助線條、方框、箭頭等符號，將復(fù)雜事物形象直觀地表達(dá)出來，化抽象為具體，反映生命現(xiàn)象的發(fā)生發(fā)展以及生物的結(jié)構(gòu)生理和相互聯(lián)系，一些比較有技巧的題都巧妙地將信息隱藏在題干中而不會太明顯，而建構(gòu)模型的過程我們既理清了顯在的已知條件，又直觀地呈現(xiàn)出一些隱含的解決問題必須的條件，透過模型看本質(zhì)，有效突破一些抽象的生物學(xué)難題。二 建構(gòu)概念模型 描述內(nèi)在關(guān)系 示例2：在用脊蛙(去除腦保留脊髓的蛙)進(jìn)行反射弧分析的實驗中，破壞縮腿反射弧在左右后肢的部分結(jié)構(gòu)，觀察雙側(cè)后肢對刺激的收縮反應(yīng)，結(jié)果如下表：刺激部位反應(yīng)破壞前破壞后左后肢左后肢收縮右后肢收縮左后肢不收縮右后肢不收縮右后肢左后肢收縮右后肢收縮左后肢不

6、收縮右后肢收縮上述結(jié)果表明，反射弧的被破壞部分可能是a.感受器 b.感受器和傳入神經(jīng)c.傳入神經(jīng)和效應(yīng)器 d.效應(yīng)器解題策略：完成反射活動的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)是反射弧，反射弧由五個環(huán)節(jié)“感受器傳入神經(jīng)神經(jīng)中樞傳出神經(jīng)效應(yīng)器”組成。根據(jù)破壞前的實驗過程與結(jié)果我們可建構(gòu)簡單的概念模型：發(fā)現(xiàn)反射弧有：左后肢感受器左后肢傳入神經(jīng)神經(jīng)中樞傳出神經(jīng)左后肢效應(yīng)器傳出神經(jīng)右后肢效應(yīng)器右后肢感受器右后肢傳入神經(jīng)神經(jīng)中樞傳出神經(jīng)右后肢效應(yīng)器傳出神經(jīng)左后肢效應(yīng)器根據(jù)概念模型分析破壞后的實驗現(xiàn)象，若刺激左后肢，左、右后肢都不收縮，說明破壞縮腿兩條反射弧的共同部分，應(yīng)為感受器,傳入神經(jīng)或者神經(jīng)中樞 在左后肢的部分結(jié)構(gòu)后；若刺激右

7、后肢，左后肢都不收縮，右后肢能收縮。說明所破壞的是兩條反射弧的非共同部分，應(yīng)為傳入神經(jīng)和效應(yīng)器。因此答案選c。方法小結(jié)：本題在解決生物問題時概據(jù)題設(shè)條件，將抽象的生物學(xué)信息轉(zhuǎn)換重組，用文字、符號描述認(rèn)識對象的組成和相互關(guān)系，便于直觀地觀察、比較和分析，讓抽象的思維有所依托，有助于問題的順利解決。三 建構(gòu)數(shù)學(xué)模型 揭示問題本質(zhì) 示例3：一對夫妻,其后代若：僅考慮甲病, 得病幾率為a,僅考慮乙病, 得病幾率為b, 則該對夫妻生出僅患一種病孩子的幾率可表示為 解題策略：建構(gòu)數(shù)學(xué)模型如右：示例4：在一個草原生態(tài)系統(tǒng)中，草是生產(chǎn)者，鼠是初級消費者?，F(xiàn)將某動物新物種x引入該生態(tài)系統(tǒng)，調(diào)查表明鼠與x的種群數(shù)

8、量變化如右表。若不考慮瘟疫等其他因素，下列說法中最可能的是（ ）時間（年)12345678鼠種群數(shù)量(只)189001950014500105009500960095009600x種群數(shù)量(只)100120200250180170180170a、在該調(diào)查時間內(nèi)物種x種群增長曲線大致呈“j”型b、若在第9年間，大量捕殺x種群個體，則第10年鼠種群數(shù)量增加c、鼠和x種群為競爭關(guān)系d、鼠和x種群為互利共生關(guān)系解題策略：如此多的數(shù)據(jù)我們很難著手分析，我們可先將其數(shù)量變化趨勢轉(zhuǎn)化為簡易的隨時間變化的數(shù)量變化曲線圖如圖 通過建構(gòu)數(shù)學(xué)模型，很明顯我們可以得出其種間關(guān)系為捕食關(guān)系，答案選b方法小結(jié)：新課程將生

9、物中的數(shù)學(xué)列為全新的一塊內(nèi)容，體現(xiàn)了數(shù)學(xué)這一基礎(chǔ)學(xué)科在解決現(xiàn)代生物學(xué)中的復(fù)雜問題的重要作用，在解答示例3與4的過程中我們體會到數(shù)學(xué)模型的將題設(shè)信息加工、重整、轉(zhuǎn)化抽象為直觀的數(shù)學(xué)語言，有效地揭示問題本質(zhì)的作用，幫助我們直觀、便捷地解決復(fù)雜抽象的難題 。四 綜合運用模型 高效突破難題示例5：下圖是人體一個細(xì)胞分裂時，細(xì)胞核中染色體（實心）和dna（空心）在各時期統(tǒng)計數(shù)據(jù)得出a、b、c、d四種不同情況，下列說法錯誤的是（ ） a有兩個染色體組的是abc。b同源染色體分離在b時期。c交叉互換常發(fā)生在b。d著絲點分裂一旦發(fā)生dna與染色體數(shù)目情況由c變?yōu)閍。解題策略：初看本題為較難題，比較抽象，解題時通過建構(gòu)物理模型與數(shù)學(xué)模型建立減數(shù)分裂過程染色體和dna數(shù)目規(guī)律變化的模型直觀分析出答案應(yīng)為a。方法總結(jié)：總之建構(gòu)模型法作為思維方法和行為方式, 它能拋開事物次要的非本質(zhì)部分， 將主要因素，相互關(guān)系，過程，狀態(tài)等以直觀的形式呈現(xiàn)，降低了人們認(rèn)識客觀事物的難度，其中蘊涵著很高的認(rèn)知價值，掌握了模型方法不僅能更透徹的理解科學(xué)知識，還能將學(xué)生