初中生物学教材中模型的分类及建构*

庞四喜

生命科学研究离不开模型。《义务教育生物学课程标准（2022 年版）》中对生物模型及其建构有明确的要求，部分描述如下：“运用示意图或模型等方式，展示和说明细胞各结构的功能及其相互关系”“运用图示或模型表示生态系统中各生物成分之间的营养关系”“发展学生的建模思维”“通过绘图或模型等形式呈现各个结构的特点”“结合学生的生活经验，通过模型或实物展示”……由此可见模型及模型建构在生物学教学中的重要性。模型模拟的是被研究事物（原型）的结构形态、生理形态或运动形态，是原型的某个表征和特征，也是对原型的抽象和概括。模型不包括原型的全部特征，但能体现原型的本质特征。

下面笔者以苏教版初中生物学教材为例，对生物学教材中的模型加以介绍。

一、初中生物学教材中的生物模型

生物模型的形式很多，包括物理模型、概念模型、数学模型等。依据不同的标准，可以对模型进行不同的分类。

1.物理模型

物理模型就是根据相似原理，把真实事物按比例放大或缩小制成的模型。它可以模拟真实事物的某些功能和性质。生物学中的实物模型（如生物体细胞结构的模型）就是一种物理模型。［1］更准确地说，以实物或图画形式直观地表达认识对象的特征，这种模型就是物理模型。［2］例如，DNA 双螺旋结构模型就是立体的三维物理模型。在平面上用简单的图画表示研究对象也是一种物理模型。例如，七年级上册中的“植物细胞的结构和功能示意图”“人和动物细胞的结构示意图”“草履虫的形态结构示意图”“番茄的结构层次示意图”等。

2.概念模型

概念模型是指用文字、符号、图示等将有一定关联的名词或过程连接起来，体现生命活动规律、机理等的一种模型，包括流程图模型和概念图模型等。概念模型有利于学生掌握生物学概念之间的联系，助推学生掌握生命活动规律。例如，七年级上册“植物光合作用的实质”一节中光合作用的反应式“二氧化碳+水有机物+氧气”就是一个典型的概念模型。该反应式简单明了地告诉学生光合作用的原料为二氧化碳和水，产物为有机物和氧气，场所为叶绿体，需要光照作为条件。

3.数学模型

数学模型是指用方程式、关系式、曲线图、柱形图等数学形式来表达研究对象的结构、功能、发展规律。初中生物学教材中出现的数学模型有很多，例如，七年级上册“生物与环境的关系”一节中“草原植物的繁盛和衰亡关系到鹿群的生活”曲线图、七年级下册“人体的激素调节”一节中的“正常人的血糖含量变化”曲线图等。除此以外，教材中还有多处要求学生建构数学模型。

二、生物模型在教学中的作用

生物模型简洁明了、直观形象、通俗易懂，便于学生透过现象看本质，准确了解、认识原型。生物模型可使微观世界“可视化”、复杂知识简单化、抽象知识具体化，通过建构模型，能够帮助学生更好地理解、掌握生物学知识。

1.生物模型可使微观世界“可视化”

细胞是生物体结构和功能的基本单位，其结构和功能是初中生物学中的基础知识。在进行七年级上册“植物细胞的结构与功能”“人和动物细胞的结构与功能”两节的教学时，由于细胞微小，肉眼一般无法直接观察，给教学带来一定的不便。为了激发学生的学习兴趣，引导学生主动参与到知识的获取过程，教师可让学生先阅读教材，之后对照文本内容利用身边材料建构植物细胞模型、动物细胞模型。学生在建构模型中学习知识，并获得成功体验。例如，学生用漏斗、红色毛线、绿色毛线、乳胶管等材料建构肾单位结构模型，有利于其深入理解肾的结构，为学习“尿液的形成”打下基础。

2.生物模型可使复杂知识简单化

初中生物学教材中有些知识较为复杂，学生一时难以理解。例如，在学习七年级下册“人体的血液循环”一节时，对体循环、肺循环过程大部分学生一时搞不清楚。在这种情况下，教师可引导学生尝试用文字、箭头等表示循环过程，如“肺循环：右心室→肺动脉→肺部毛细血管网→肺静脉→左心房”，也可采用同样的方法来表示体循环过程。通过这样处理，繁杂的知识显得清晰明了，学生更容易掌握体循环、肺循环的过程。

3.生物模型可使抽象知识具体化

在学习八年级上册“生物圈中的各种生态系统”这一节时，部分学生对“生态系统具有自我调节能力”感到不解。教师可借助一个典型的数学模型来解决这一难题。教师先介绍美国黄石公园灭狼与引狼入园事件，再结合“某生态系统中狼和鹿的数量变化曲线图”（见下页图1），引导学生分析狼和鹿的数量变化关系。这样便可使抽象的知识具体化，学生很容易理解“生态系统具有自我调节能力”，也很容易理解生态系统的自我调节能力是有限的，进而得出：生态系统中的生物种类越多，食物链和食物网越复杂，生态系统的自我调节能力就越强。

（图1）

三、生物模型的理性建构

教育的艺术不在于传授本领，而在于鼓舞和唤醒。要想让学生学得好，必须设法让他们真正动起来，让他们参与到知识的获取过程中。

1.建构模型，实现做中学

学习金字塔理论告诉人们，采用不同的学习方式，两周以后能记住的内容（平均学习保持率）不同，平均学习保持率较高的有：教他人、做中学、小组讨论。因此，教师可通过建构模型等活动的开展，让学生实现做中学、学中做。通过生物模型的建构，加深学生对原型的认识，帮助其更好地理解生物学知识、掌握生物学原理。通过具体生物模型的建构，让学生掌握建构模型的一般方法，并能运用生物模型解决相关问题。

2.科学建构生物模型

在设计、制作生物模型时，教师首先要考虑的是模型的科学性。例如，在学习“生命的诞生”一节时，要求学生用文字、箭头等表示生命起源的过程，有学生写成“无机小分子→有机小分子→有机大分子→原始生命→原始单细胞生物”这样的书写是不科学的。原始大气与现在的大气成分不同，含有甲烷、氨、氢气、水蒸气等，其中甲烷属于有机物，因此将“无机小分子→有机小分子”改为“原始大气→有机小分子”，更科学合理。

3.规范建构生物模型

生物模型的建构除了要科学、准确以外，还应注重规范性。实物或图画的大小、比例要适中，应力求直观形象、通俗易懂；图示要直观，箭头、符号、文字要简洁、准确、清晰；数学表达式、关系式、曲线图、柱形图等要科学规范。初中生物学教材中出现的数学模型有很多，仅要求学生建构曲线图、柱形图就有多处，例如，七年级上册“植物种子的萌发”一节要求依据数据，绘出种子发芽情况曲线；七年级下册“关注生物圈 环境在恶化”一节中，要求依据数据绘制中国大陆人口增长曲线；八年级上册“保护生物多样性的艰巨使命”一节中，要求根据数据，绘制该地区哺乳类和鸟类受到威胁或濒危的原因的柱状图；八年级下册“远离烟酒”一节中，要求绘制“清水和不同浓度的酒精对水蚤心率的影响”曲线图。教师要引导学生在绘制曲线图、柱形图时要认真严谨，注意图形的规范性。

在生物学课堂教学中教师要充分利用好物理模型、概念模型、数学模型等生物模型，以提高教学有效性。通过引导学生自主建构模型，改变学生的学习方式，促进深度学习的发生，提高学生的综合素养。