探索建模在习题中建模，理解“共同进化”概念
更新时间：2024-02-22
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摘 要：在高中生物学的习题课中，借题尝试建构“概念模型”，不仅利于加深学生对生物学概念和生物学规律的理解，还有利于培养学生合作、动脑与动手的能力，更有利于提高学生的探究学习的能力。
关键词：习题；建模；概念模型；共同进化
在高中的生物学教学中，“建模思想”经常被教师们广泛应用。通常用到的“模型”包括“物理模型、数学模型和概念模型”等。
笔者在一次高三复习的习题课中，借题指导并且引导学生建模，即构建了习题中提供的科学家的实验“用肉汤培养细菌的快速进化过程”中细菌进化的“概念模型”，这一模型，不仅帮助学生归纳出了细菌进化的一般规律，使复杂的问题变得简单，使实验变得“实在”，还进一步引导学生对教材中“共同进化”概念进行了深刻的理解。
构建生物学模型，不仅能使学生的知识发生“正迁移”，还能起到举一反三的效果，用以培养学生思维的严谨性、逻辑性与科学性，培养学生的创新能力与解决实际问题的能力。
这一概念，包括两个方面的内涵：一是物种与物种之间的共同进化；二是生物与无机环境之间的相互影响和共同演变。
教材中对这两方面，尤其是对第二方面解释的不多。另外，在教参中也没有补充。
如果在教学中只是把教材中这段文字呈现学生，可以想象而知，学生会是很难理解的。这无疑给教师的课堂教学会带来了一定的难处，使得《普通高中生物课程标准》中提出的“概述生物进化与生物多样性的形成”这一教学目标是很难实现的。
科学家通过实验发现了细菌的快速进化过程。人们发现，用肉汤培养假单胞杆菌，如果肉汤保持不动，不久后，在肉汤的不同部位，如表面、底部或其他部位，细菌的形态发生了如下图所示的变化，出现一定数量的变异株。下列有关说法错误的是（ ）
A.这个实验说明了细菌在不同的小环境中发生了进化
B.细菌的生命周期短，繁殖速度快，容易受到外界环境影响而发生变化
C.用静止的肉汤培养FS细菌，其菌落形状将趋于一致
D.用不断摇动的肉汤培养细菌，不会出现FS细菌和WS细菌
2.解析：（答案：C。）由题干信息可知，最初的种群在保持不动的肉汤表面繁殖，不久后，有一部分在肉汤底部繁殖可能向厌氧方向进化，所以这个实验说明了细菌在不同的小环境中发生了进化，A正确；细菌繁殖周期短，繁殖速度快，极容易受到外界环境影响而发生变化，B正确；用静止的肉汤培养FS细菌，该细菌也有可能向不同方向进化，如进化成WS细菌，其菌落形状将趋于不一致，C错误；用不断摇动的肉汤，细菌生活的环境没有差异，就不会出现FS细菌和WS细菌，D正确。
3.理解：为此，笔者引导学生在习题解析的基础上，把科学家的实验“用肉汤培养细菌的快速进化过程”尝试用“表格”对其描述如下：
之后，师生一起细心观察表格发现，绘制的表格和简洁的文字一同构建了“‘共同进化’概念（不同物种之间、生物与无机环境之间在相互影响中不断进化和发展，这就是共同进化）的解释
模型”。
这一构建与观察结果令师生无比惊喜。这样，引导学生可以结合所学的关于现代生物进化理论的知识，以“细菌的快速进化实验”概念模型为例，对教材中“共同进化”概念的内涵可进行如下演绎说明：
“共同进化”概念，不仅包括“不同物种之间的共同进化”，即“由（肉汤的表面）最初的光滑形态的种群→（与容器接触的肉汤的表面）折皱形态的WS细菌→（容器底部）绒毛形态的FS细菌”这一方向进化；同时，也包括“生物与无机环境之间的相互关系的变化”，这得从代谢类型的异化作用是否需要氧气方面看，即“由（肉汤的表面）需氧→（与容器接触的肉汤的表面）兼性厌氧→（容器底部）厌氧”这一方向进化。
构建的“共同进化”这一概念模型，有力地揭示了生物在长期进化过程中，不断地与它所处的环境发生相互作用，逐渐在新陈代谢的方式上形成了不同的类型。
从而，利于指导并且引导学生进一步回归、深化和领悟教材中的文字内容，即124页“例如，地球上原始大气中是没有氧气的，因此，最早出现的生物都是厌氧（进行无氧呼吸）的；最早的光合生物的出现，使得原始大气中有了氧气，这就为好氧生物的出现创造了条件。”
师生通过构建模源于：论文网站大全www.618jyw.com
型，对教材中的理论内容与实验现象不仅能理解，更关键的是能“内化”，将所学知识内化为自身已有的知识，这是教学中要达到的目的，即：有利于知识的落实。
这一“发现”，不仅构建了“共同进化”概念的解释模型，还使概念教学直观形象且有一定的深度和广度；不仅回归教材并且读懂、读透，还超越教材，把本学科前沿成果的资料补充到教学中来；不仅使学生领悟科学的本质、方法以及精神，还能培养学生的辩证唯物主义世界观，提高学生的科学思维能力、探究能力等生物科学素养。可谓一举多得。
落实“三维目标”，不仅要重视方法技巧，还要重视过程，即让学生亲身经历、眼见为实，变“要我学”为“我要学”。
（作者单位 吉林省吉林市第三中学校）
关键词：习题；建模；概念模型；共同进化
在高中的生物学教学中，“建模思想”经常被教师们广泛应用。通常用到的“模型”包括“物理模型、数学模型和概念模型”等。
笔者在一次高三复习的习题课中，借题指导并且引导学生建模，即构建了习题中提供的科学家的实验“用肉汤培养细菌的快速进化过程”中细菌进化的“概念模型”，这一模型，不仅帮助学生归纳出了细菌进化的一般规律，使复杂的问题变得简单，使实验变得“实在”，还进一步引导学生对教材中“共同进化”概念进行了深刻的理解。
构建生物学模型，不仅能使学生的知识发生“正迁移”，还能起到举一反三的效果，用以培养学生思维的严谨性、逻辑性与科学性，培养学生的创新能力与解决实际问题的能力。
一、教材回放：共同进化
“共同进化”是吉林省高中生物现行人教版必修2教材中新增加的一个概念。见教材124页定义，“不同物种之间、生物与无机环境之间在相互影响中不断进化和发展，这就是共同进化。”这一概念，包括两个方面的内涵：一是物种与物种之间的共同进化；二是生物与无机环境之间的相互影响和共同演变。
教材中对这两方面，尤其是对第二方面解释的不多。另外，在教参中也没有补充。
如果在教学中只是把教材中这段文字呈现学生，可以想象而知，学生会是很难理解的。这无疑给教师的课堂教学会带来了一定的难处，使得《普通高中生物课程标准》中提出的“概述生物进化与生物多样性的形成”这一教学目标是很难实现的。
二、在习题中建模，理解“共同进化”概念
1.习题科学家通过实验发现了细菌的快速进化过程。人们发现，用肉汤培养假单胞杆菌，如果肉汤保持不动，不久后，在肉汤的不同部位，如表面、底部或其他部位，细菌的形态发生了如下图所示的变化，出现一定数量的变异株。下列有关说法错误的是（ ）
A.这个实验说明了细菌在不同的小环境中发生了进化
B.细菌的生命周期短，繁殖速度快，容易受到外界环境影响而发生变化
C.用静止的肉汤培养FS细菌，其菌落形状将趋于一致
D.用不断摇动的肉汤培养细菌，不会出现FS细菌和WS细菌
2.解析：（答案：C。）由题干信息可知，最初的种群在保持不动的肉汤表面繁殖，不久后，有一部分在肉汤底部繁殖可能向厌氧方向进化，所以这个实验说明了细菌在不同的小环境中发生了进化，A正确；细菌繁殖周期短，繁殖速度快，极容易受到外界环境影响而发生变化，B正确；用静止的肉汤培养FS细菌，该细菌也有可能向不同方向进化，如进化成WS细菌，其菌落形状将趋于不一致，C错误；用不断摇动的肉汤，细菌生活的环境没有差异，就不会出现FS细菌和WS细菌，D正确。
3.理解：为此，笔者引导学生在习题解析的基础上，把科学家的实验“用肉汤培养细菌的快速进化过程”尝试用“表格”对其描述如下：
之后，师生一起细心观察表格发现，绘制的表格和简洁的文字一同构建了“‘共同进化’概念（不同物种之间、生物与无机环境之间在相互影响中不断进化和发展，这就是共同进化）的解释
模型”。
这一构建与观察结果令师生无比惊喜。这样，引导学生可以结合所学的关于现代生物进化理论的知识，以“细菌的快速进化实验”概念模型为例，对教材中“共同进化”概念的内涵可进行如下演绎说明：
“共同进化”概念，不仅包括“不同物种之间的共同进化”，即“由（肉汤的表面）最初的光滑形态的种群→（与容器接触的肉汤的表面）折皱形态的WS细菌→（容器底部）绒毛形态的FS细菌”这一方向进化；同时，也包括“生物与无机环境之间的相互关系的变化”，这得从代谢类型的异化作用是否需要氧气方面看，即“由（肉汤的表面）需氧→（与容器接触的肉汤的表面）兼性厌氧→（容器底部）厌氧”这一方向进化。
构建的“共同进化”这一概念模型，有力地揭示了生物在长期进化过程中，不断地与它所处的环境发生相互作用，逐渐在新陈代谢的方式上形成了不同的类型。
从而，利于指导并且引导学生进一步回归、深化和领悟教材中的文字内容，即124页“例如，地球上原始大气中是没有氧气的，因此，最早出现的生物都是厌氧（进行无氧呼吸）的；最早的光合生物的出现，使得原始大气中有了氧气，这就为好氧生物的出现创造了条件。”
师生通过构建模源于：论文网站大全www.618jyw.com
型，对教材中的理论内容与实验现象不仅能理解，更关键的是能“内化”，将所学知识内化为自身已有的知识，这是教学中要达到的目的，即：有利于知识的落实。
三、课后反思
在习题中建模助解题，这是笔者在“传道、授业和解惑”，尤其是“解惑”过程中的一个“发现”。这一“发现”，不仅构建了“共同进化”概念的解释模型，还使概念教学直观形象且有一定的深度和广度；不仅回归教材并且读懂、读透，还超越教材，把本学科前沿成果的资料补充到教学中来；不仅使学生领悟科学的本质、方法以及精神，还能培养学生的辩证唯物主义世界观，提高学生的科学思维能力、探究能力等生物科学素养。可谓一举多得。
落实“三维目标”，不仅要重视方法技巧，还要重视过程，即让学生亲身经历、眼见为实，变“要我学”为“我要学”。
（作者单位 吉林省吉林市第三中学校）
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