教学随笔

高中生物学教学中的模型二分法与建模思维培养

—— 写给高中生物学教师的一份教学设计说明

一、为什么把模型分成两类

在高中生物学教学中，模型可以简化地分为两类：描述性模型与解释性模型。这不是严格的学术分类，而是教学上的划分——模型的目的不同，学法就不同。区分开了，学生才知道拿到一张图该"读什么"、该"推什么"。

二、描述性模型：从建模到概念训练的完整路径

描述性模型客观呈现事物的结构与要素之间的关联，回答"是什么""结构上有什么联系"，一般不用来推导变量的变化——这是它区别于解释性模型的关键边界。这条边界划出了两种基本功夫：一是把事实建成模型，二是把现成模型读懂。

（一）如何建模：四步走

学生依据一般事实动手建模，按四步走：

1.确定信息来源并判断其可靠性——模型要建立在可靠的事实之上；

2.分析事实涉及的概念以及概念之间的关系；

3.在批判性思维下建构模型——检验模型能否解释全部事实、有没有反例、逻辑是否自洽，再确定模型形式；

4.形成大概念——模型建出来不是终点。引导学生分析模型的基本特点，从中提炼出该事实条件下的大概念（一般规律）。以内环境模型为例：血浆与组织液之间是双向箭头，组织液到淋巴、淋巴到血浆是单向箭头，抓住"双向"与"单向"的差异，就能提炼出大概念——内环境的物质交换有方向性，组织液和淋巴最终单向回流进入血浆。

（二）如何析模：识别元件、理清静态关联

析模是面对现成模型的解读功夫，分两步：

1.识别元件：读懂模型里每个符号、结构代表什么生物学对象；

2.梳理关系：弄清元件之间以什么方式连接。例如内环境模型中，血浆、组织液、淋巴之间物质交换的箭头方向，就是要抓的核心信息。

析模训练可以双向进行：正向读图，拿到模型识别元件与关系；反向还原，给学生一段文字，让他们自主画出模型——画得对不对，就看元件找没找全、连接方式对不对。析模功夫还是后面路径二的看家本领：拆析的模型越多，元件与关系的原型积累越足。

（三）如何学习与训练这个大概念：路径一先行，路径二跟进

1.路径一（先行）：构建建模，形成概念。就是上面四步走完的流程——依据文字或图示事实建模，经四步规程形成统一的大概念；必要时换一批事实再建模、再析模，把概念巩固住。让学生亲手走一遍，概念是从自己手里长出来的，才立得住。

2.路径二（跟进）：拆析多个不同模型，印证、修正、补充概念。一次建模形成的大概念只是孤例，要放进更多模型里检验。以血糖调节为例：血糖来源与去路图、激素作用图、神经—体液调节图是几个不同的模型，逐一拆析，看它们能否都归到"负反馈调节"上——都能解释，概念得到印证；解释不通的，反过来修正、补充概念。多轮分析下来，学生理解的就不再是一条规律，而是血糖调节的本质过程。

两条路径的先后不能颠倒：没有路径一，学生缺少亲手建模的经历，拆析模型时只能看懂结构、看不出门道；没有路径二，概念停在孤例上，经不起新情境的检验。

三、解释性模型：学习侧重点是变条件、推输出

解释性模型揭示内在原理，可以从输入条件推导出结果。学习主线是：弄清模型的形成原理，明确有哪些因素可以输入，找到模型中统一的变化规律，再依据规律分析、预判输出；进一步，从模型特征中提炼出学科大概念，把规律迁移到陌生情境中判断新问题。

学生学习的侧重点，除了读懂模型本身的含义，更在于输入不同条件、推测不同输出。以动作电位曲线图为例：各段含义（极化、去极化、反极化、复极化）属于读模基础，在此基础上更应引导学生思考——

·阈电位问题：刺激强度或频率不足时，曲线还会出现吗？（输入不足 → 无输出）

·峰值问题：细胞外钠离子浓度改变，峰值会怎么变？（输入改变 → 输出改变）

这个例子同时说明：同一张曲线图，"各段含义"是描述性成分，"条件—输出"是解释性成分。两类模型的划分是分析视角，不是把每张图绝对归入一类。

四、两类模型对比与教学价值

区分两类模型，本质是帮学生建立模型思维：描述性模型这条线解决"模型怎么建、概念怎么立"，解释性模型这条线解决"规律怎么用、变化怎么推"。两条线合起来，读图、建模与情境迁移能力就都有了着落。

结　语

模型的学习最关键，应该是让学生形成一个可以迁移应用的大概念。