模型建構(gòu)在高中教學中的實踐與應用

模型建構(gòu)在高中教學中的實踐與應用第1頁，共49頁，2023年，2月20日，星期五建模的背景建模的理論模型的概念模型的分類模型的建構(gòu)第2頁，共49頁，2023年，2月20日，星期五模型建構(gòu)的背景貝塔朗菲的系統(tǒng)論美國《國家科學教育標準》《普通高中生物課程標準(實驗)》第3頁，共49頁，2023年，2月20日，星期五模型建構(gòu)的理論基礎建構(gòu)主義理論奧蘇貝爾的認知同化論皮亞杰認知發(fā)展理論第4頁，共49頁，2023年，2月20日，星期五模型的概念《美國國家科學教育標準》中的表述“模型是與真實物體、單一事件或一類事物對應的而且具有解釋力的試探性體系或結(jié)構(gòu)?！钡?頁，共49頁，2023年，2月20日，星期五模型的概念必修1中對模型的定義：“模型是人們?yōu)榱四撤N特定目的而對認識對象所做的一種簡化的描述,這種描述可以是定性的,也可以是定量的;有的借助于具體的實物或其他形象化的手段,有的則通過抽象的形式來表達”第6頁，共49頁，2023年，2月20日，星期五模型的分類第7頁，共49頁，2023年，2月20日，星期五第8頁，共49頁，2023年，2月20日，星期五三種模型的建構(gòu)第9頁，共49頁，2023年，2月20日，星期五一、概念模型：

概念模型是對真實世界中某個問題域內(nèi)的事物進行描述,多以文字表述來抽象概括出事物本質(zhì)特征的模型，是對研究客體所做的一種科學抽象,也可以稱之為抽象模型。概念模型包括：中心概念、內(nèi)涵、外延。在新課程生物教材中，概念模型通常以概念圖的形式出現(xiàn)，表達概念之間的相互關(guān)系，體現(xiàn)知識的網(wǎng)絡構(gòu)架。通過概念模型的構(gòu)建，有利于對概念知識的理解和聯(lián)系。

1.定義：第10頁，共49頁，2023年，2月20日，星期五一、概念模型：2.

新課程教材涉及內(nèi)容：

高中生物新課程教材中涉及概念的內(nèi)容非常多，幾乎每一章、每一節(jié)內(nèi)容都可以用概念圖的形式加以表示，在復習時，還可以將不同章節(jié)的相關(guān)內(nèi)容以概念圖的形式表現(xiàn)出來，以便同學們形成一定的知識網(wǎng)絡，便于對知識的理解和復習。

第11頁，共49頁，2023年，2月20日，星期五第12頁，共49頁，2023年，2月20日，星期五第13頁，共49頁，2023年，2月20日，星期五第14頁，共49頁，2023年，2月20日，星期五一、概念模型：⑴理清概念之間關(guān)系；⑵畫出初步關(guān)系圖并建立連接；⑶標明概念之間關(guān)系；⑷修改和完善。3.構(gòu)建的一般步驟：第15頁，共49頁，2023年，2月20日，星期五一、概念模型：3.構(gòu)建的一般步驟：以基因重組為生物進化提供原材料的模型構(gòu)建為例來加以說明

第16頁，共49頁，2023年，2月20日，星期五一、概念模型：⑴理清概念之間關(guān)系：3.構(gòu)建的一般步驟：

要構(gòu)建概念圖，首先要明確各概念范圍，確定各關(guān)鍵概念等級，然后理清幾個概念之間的關(guān)系。關(guān)鍵概念關(guān)系理不清，就無法正確的構(gòu)建概念圖，所以理清關(guān)系是構(gòu)建概念圖的第一步，也是最關(guān)鍵的一步。

第17頁，共49頁，2023年，2月20日，星期五一、概念模型：⑴理清概念之間關(guān)系：3.構(gòu)建的一般步驟：

在基因重組概念模型中，首先要確定雜合子、自由組合、交叉重組、基因重組、新基因型、新表現(xiàn)型、變異性、多樣性、生物進化的原材料各個概念的范圍、前后關(guān)系等。比如自由重組和交叉重組應該是并列關(guān)系，新基因型是新表現(xiàn)性的基礎和原因等等。第18頁，共49頁，2023年，2月20日，星期五一、概念模型：⑵畫出初步關(guān)系圖并建立連接；3.構(gòu)建的一般步驟：

初步擬定概念圖各個概念之間的縱向和橫向分支，然后先用鉛筆描出初步的連接，箭頭的指向等。上下級關(guān)系、并列關(guān)系等都要注意排列的位置，盡量避免交叉。如圖形中的自由重組和交叉重組、變異性和多樣性應該是并列的，而導致新基因型產(chǎn)生的原因應該是基因重組等。建立初步連接后要仔細的審定一下連接是否合理，如不合理要及時糾正。

第19頁，共49頁，2023年，2月20日，星期五一、概念模型：⑵畫出初步關(guān)系圖并建立連接；3.構(gòu)建的一般步驟：第20頁，共49頁，2023年，2月20日，星期五一、概念模型：⑶標明概念之間關(guān)系：3.構(gòu)建的一般步驟：

建立好連接后就要考慮在連線上用連接詞標明兩者之間的關(guān)系。對連接詞的使用一定要注意推敲，力求合理準確。連接詞不能含蓄也不需要華麗，但是要力求簡練，并一目了然。連接詞還不能有歧義，一旦有歧義，就容易造成誤解。

第21頁，共49頁，2023年，2月20日，星期五一、概念模型：⑶標明概念之間關(guān)系：3.構(gòu)建的一般步驟：第22頁，共49頁，2023年，2月20日，星期五一、概念模型：⑷修改和完善：3.構(gòu)建的一般步驟：

概念圖建立后，一般要經(jīng)過多次的修訂：首先自己對所建立的概念圖要認真審閱，仔細推敲，看是否反映了概念的核心、內(nèi)涵和外延；其次要將概念圖給他人看，不同人看問題的角度是不一樣的，概念圖建成后不同人的使用是否會造成誤解，因為我們自己看，我們只會按照我們已經(jīng)形成的思路去思考，而其他人就不一定。第23頁，共49頁，2023年，2月20日，星期五（5）規(guī)范繪制概念圖應注意:概念圖中每個概念只出現(xiàn)一次。連接兩個概念間的聯(lián)系詞應盡可能選用意義表達具體明確的詞。概念名詞要用方框和圓圈圈起來，而聯(lián)系詞則不用。第24頁，共49頁，2023年，2月20日，星期五一、概念模型：4.概念模型的類型及作用：（1）構(gòu)建環(huán)狀概念模型用以理解知識的聯(lián)系第25頁，共49頁，2023年，2月20日，星期五一、概念模型：4.概念模型的類型及作用：（2）構(gòu)建等級概念模型用以糾正知識的偏差第26頁，共49頁，2023年，2月20日，星期五一、概念模型：4.概念模型的類型及作用：（3）構(gòu)建放射概念模型用以建立知識的網(wǎng)絡第27頁，共49頁，2023年，2月20日，星期五一、概念模型：4.概念模型的類型及作用：（4）集合形式

第28頁，共49頁，2023年，2月20日，星期五一、概念模型：5.概念模型構(gòu)建的范圍（1）根據(jù)一節(jié)教材內(nèi)容構(gòu)建概念模型第29頁，共49頁，2023年，2月20日，星期五一、概念模型：5.概念模型構(gòu)建的范圍（2）根據(jù)一章教材內(nèi)容構(gòu)建概念模型第30頁，共49頁，2023年，2月20日，星期五一、概念模型：5.概念模型構(gòu)建的范圍（3）根據(jù)一冊教材內(nèi)容構(gòu)建概念模型第31頁，共49頁，2023年，2月20日，星期五二、數(shù)學模型：

數(shù)學模型是用來描述一個系統(tǒng)或它的性質(zhì)的數(shù)學形式?；蛘哒f是為了某種目的，用字母、數(shù)字及其它數(shù)學符號建立起來的等式或不等式。

1.定義：第32頁，共49頁，2023年，2月20日，星期五二、數(shù)學模型：

2.構(gòu)建的一般步驟：（1）觀察研究對象，提出問題;（2）提出模型假設;（3）根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，建構(gòu)模型;（4）進一步觀察，修正模型。以細菌繁殖Nt=N0

λt為例第33頁，共49頁，2023年，2月20日，星期五二、數(shù)學模型：

2.構(gòu)建的一般步驟：（1）觀察研究對象，提出問題：

細菌基數(shù)為N0，細菌每分裂一次需要一定的時間。（2）提出模型假設：

在資源和空間無限多的環(huán)境中，細菌種群的增長不會受種群密度增加的影響。以細菌繁殖Nt=N0

λt為例第34頁，共49頁，2023年，2月20日，星期五二、數(shù)學模型：

2.構(gòu)建的一般步驟：（3）根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，建構(gòu)模型：

Nt=N0λt，N0代表細菌初始數(shù)量，t表示第幾代，Nt表示t代細菌數(shù)量。（4）進一步觀察，修正模型：

觀察、統(tǒng)計細菌數(shù)量，對自己所建立的模型進行檢驗或修正。以細菌繁殖Nt=N0

λt為例第35頁，共49頁，2023年，2月20日，星期五二、數(shù)學模型：

3.其他常見的一些數(shù)學模型：（1）蛋白質(zhì)的合成：假設氨基酸的平均分子量為a，n個氨基酸縮合形成m條多肽鏈：①脫去的水的分子量是多少？②形成的蛋白質(zhì)的分子量是多少？數(shù)學模型：

①

X（脫去的水分子量）=18·（n—m）

②

X（蛋白質(zhì)分子量）=na—18·（n—m）第36頁，共49頁，2023年，2月20日，星期五二、數(shù)學模型：

3.其他常見的數(shù)學模型：（2）DNA的結(jié)構(gòu)：①已知某一種堿基的比例，求解另外一種與之不能配對的堿基所占的比例？數(shù)學模型：X%=50%—B%模型中各參數(shù)的意義：X%為所求堿基的比例；50%為堿基數(shù)的一半；B%為已知堿基所占的比例。②已知DNA分子其中一條鏈中不能配對的兩個堿基之和占該單鏈堿基總數(shù)的比率為n時，則另外一條鏈中，其相對應的比值是多少？數(shù)學模型：X（另外一條單鏈）=1—ｎ

第37頁，共49頁，2023年，2月20日，星期五二、數(shù)學模型：

3.其他常見的數(shù)學模型：（3）DNA分子的復制：①復制n次，需游離的與已知堿基不能配對的堿基數(shù)是：數(shù)學模型：N=（2n－１）M（1/2q－1）②第n次復制，需游離的與已知堿基不能配對的堿基數(shù)是：數(shù)學模型：N=2（n—1）M（1－2q）/2q模型中各參數(shù)的意義：N為所求堿基酸數(shù)量；n次復制或第n次復制；M為某種堿基的數(shù)量；q為這種堿基所占的比例。第38頁，共49頁，2023年，2月20日，星期五二、數(shù)學模型：

3.其他常見的數(shù)學模型：（4）遺傳定律：①將Dd個體自交，在F1中選擇顯性個體讓其自交得到F2，在F2中再選擇顯性個體讓其自交，……，F(xiàn)n代中，能夠穩(wěn)定遺傳的顯性個體占所有顯性性狀個體的比例是多少？數(shù)學模型：X=（2n—1）/（2n+1）②將Dd個體自交，在F1中選擇顯性個體讓其自由交配（自交和雜交）得到F2，在F2中再選擇顯性個體讓其自由交配，……，F(xiàn)n代中，能夠穩(wěn)定遺傳的顯性個體占所有顯性性狀個體的比例是多少？數(shù)學模型：X=n/（n+2）F1的配子數(shù)、表現(xiàn)型、F2基因型數(shù)目、分離比與雜交親本基因?qū)?shù)的關(guān)系第39頁，共49頁，2023年，2月20日，星期五二、數(shù)學模型：

3.其他常見的數(shù)學模型：（5）遺傳病概率：一對夫婦，其后代若僅考慮甲病的得病幾率，則得病可能性為a，正常的可能性為b，若僅考慮乙病的得病幾率，則得病幾率為c，正常的可能性為d，則這對夫妻結(jié)婚后，要生一個孩子，此孩子①只有一種病的可能性是多少？②兩病均患可能性是多少？③患病的可能性是多少？④不患病的可能性是多少？數(shù)學模型：①X（只有一種病）=a＋c—２ac＝ad+bc②X（兩病均患）=ac＝（1—b）×（1—d）③X（患?。?a＋c—ac=ad+bc+ac④X（不患病）=bd=（1—a）×（1—c）第40頁，共49頁，2023年，2月20日，星期五二、數(shù)學模型：

3.其他常見的數(shù)學模型：（6）基因頻率：①抽樣調(diào)查：新課程教材中給出了種群抽樣調(diào)查后基因頻率的計算方式，根據(jù)課本給出例題總結(jié)出來的基因頻率的計算公式為：數(shù)學模型：A=AA個體比率+Aa個體比率/2；a=Aa個體比率/2+aa個體比率②穩(wěn)定群體基因頻率：對于大而穩(wěn)定的種群，由于基因頻率一般是穩(wěn)定的，所以不會給出很多參考數(shù)據(jù)，往往只有一個數(shù)據(jù)，對于這一類問題基因頻率的計算公式為：數(shù)學模型：（p+q）2?p2＋q2＋２pq＝１模型中各參數(shù)的意義：如p表示顯性基因基因頻率，則q表示隱性基因基因頻率，p2表示顯性純合子基因型頻率，q2表示隱性純合子基因型頻率，2pq表示雜合子基因型頻率。第41頁，共49頁，2023年，2月20日，星期五二、數(shù)學模型：

3.其他常見的數(shù)學模型：（7）酵母菌數(shù)量調(diào)查數(shù)學模型：(血球計數(shù)板計數(shù))①直接記數(shù)：計算的數(shù)學模型為：N=（m×n）×103/（1×1×0.1）模型中各參數(shù)的意義：N為1mL溶液中酵母菌的數(shù)量；m為小方格總數(shù)；n為每個小方格中酵母菌的平均數(shù)；103為1mL=103mm3；1×1×0.1為記數(shù)板上溶液的體積（1為記數(shù)板每邊總長，0.1為記數(shù)板上溶液厚度）。②對比記數(shù)法：計算的數(shù)學模型為：N=（M×n）/m模型中各參數(shù)的意義：N為1mL溶液中酵母菌的數(shù)量；M為已知的紅細胞總數(shù)；n為每個小方格中酵母菌的平均數(shù)；m為每個小方格中紅細胞的平均數(shù)。第42頁，共49頁，2023年，2月20日，星期五二、數(shù)學模型：

3.其他常見的數(shù)學模型：（8）能量流動數(shù)學模型：數(shù)學模型：Qn+1=λQn模型中各參數(shù)的意義：Qn+1表示n+1營養(yǎng)級同化的能量；λ表示從n營養(yǎng)級到n+1營養(yǎng)級的能量傳遞效率；Qn表示n營養(yǎng)級同化的能量。

第43頁，共49頁，2023年，2月20日，星期五三、物理模型：

物理模型就是以實物或圖畫形式直觀地表達認識對象的特征。在教材中出現(xiàn)的也有很多，比如細胞模型，細胞的亞顯微結(jié)構(gòu)示意圖，ＤＮＡ的