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摘要：本文就模型建构在“生态系统及其稳定性”教学中的实际应用进行探讨，具体从建构、分析概念模型、物理模型和数学模型过程来阐述如何培养学生的建模能力，激发学生的思维，提高学生的科学素养，推进教学模式改革，使学习过程更高效。
关键词：模型建构 生物教学 生态系统
《普通高中生物课程标准》明确指出：了解建立模型等科学方法及其在科学研究中的应用，培养学生的建模思维和建模能力。这几年的高考试题也充分说明了这一点，几乎每份高考考卷都有生物学模型的分析或建构，这说明生物模型的分析与建构是课程标准的重要能力要求，本文就模型建构在“生态系统及其稳定性”的教学中的应用进行探讨。
模型是人们为了某种特定目的而对认识对象所作的一种简化的概括性的描述，这种描述可以是定性的，也可以是定量的。其形式很多，高中生物教材中主要涉及有物理模型、概念模型、数学模型等。将模型建构应用于生物教学中，旨在贯彻提高学生的生物科学素养，倡导探究性学习，有助于学生体验探究建模过程，构建完整的知识体系，使学习过程更高效。
（一）构建概念模型，理清生物学概念间的关系
概念模型：指以文字表述来抽象概括出事物本质特征的模型，是对生物学中某个问题或事物进行描述。如在学习生态系统结构时，首先需要学生明确生态系统的概念，怎样使学生容易且尽快理解概念呢？教学中根据我校学生大部分来自农村的实际情况，让学生结合熟知的稻田，收集资料、信息，课前完成“问题探讨”，课堂上小组内交流各自建构的模型，以模型说明生物群落与无机环境间有着密不可分的联系，它们相互作用形成的统一整体就是生态系统。这样通过学生独立建构模型、小组讨论交流到教师的讲评学生不仅掌握了生态系统与生物群落、无机环境的关系，而且明确了其概念的含义、边界、范围等，并具体参与了模型的建构与分析。接着在学习生态系统的结构时，再次让学生完成“思考與讨论”，从池塘、农田、森林、江河等学生熟悉的生态系统中选择一个系统完成讨论题，分析生态系统的组成成分，并尝试画出抽象的概念模型。教学中再以池塘生态系统为例，介绍生态系统的组分，并总结出生态系统结构模型。如图为学生初构及修正后的模型：
通过学生自主构建、教师引导修正模型，可以引导学生进行自主、探究式的学习，学生在构建模型中有概念的形成和理解，理清了生物学概念之间的独立关系、从属关系，使分散的生物学概念系统化，而且学生也掌握了概念模型建构方法，在之后学习中能很好地进行运用，如采用集合的形式呈现有关概念如生态系统、群落、生产者、各级消费者、分解者、食物链、食物网及各营养级等关系，建构生态系统结构中概念模型，以知识树的形式呈现种群、生态系统的能量流动概念模型，生态系统的信息概念模型等等，这些均有利于学生对概念知识的理解。同时，在模型构建过程中，要大量收集和处理信息，搜集和整理资料过程的本身就是培养搜集和处理信息能力的过程。
（二）构建物理模型，理清组分间关系形成知识构架
物理模型是指以实物或图画形式直观地表达认识对象特征的模型。在“生态系统及其稳定性”的教学中涉及到的物理模型建构有生态系统结构模型、能量流动过程模型和碳循环过程模型等等，通过模型的建构可以使学生体验生态系统结构的形成和基本规律的探究过程，使高中生物教材中的探究性问题落到实处，能激发学生的思维，充分发挥学生的创造潜能，提高了学生实践能力，提高了学生学习的兴趣和科学素养，推进了教学模式改革，使得整个学习过程更加高效。这样使抽象的过程具体化、简约化，对于提高学生的探究能力、自主学习能力、建模能力都是大有裨益。
（三）构建数学模型，以繁化简，解决实际问题
数学模型是用来描述一个系统或它的性质的数学形式;或者说是将生物学的现象和概念翻译成一套数学关系，用数学的符号和方程式来表示这些现象和概念。具体形式有图形、数据表、方程、不等式、函数等。在“生态系统及其稳定性”的教学中培养学生建构数学模型，能把复杂的内容转变成准确、直观的数学关系式或图像，使问题简化。如学习生态系统的能量流动时，学生建构了能量在各个营养级之间能量传递效率的数学模型λ=En+1∕En（λ表示从n营养级到n+1营养级的能量传递效率;En+1表示n+1营养级同化的能量;En表示n营养级同化的能量）;食物链、食物网中能量的最值计算关系式;在学习“生态系统的稳定性”时学生建构了生态系统的总稳定性与抵抗力稳定性、恢复力稳定性的数学曲线模型，将数学建模与生物学知识很好结合起来。这样通过合理简化，构建数学模型，不仅使学生能用数学方法揭示研究对象规律，体会到生物学并非是一门理解型的自然学科，而且可以使学生感受到利用构建数学模型的思维结合生物学理论知识，可以很好地解决一些生物学实际问题，使学生的知识发生迁移。例如根据能量流动特点、传递效率分析食物网中生物数量的变化情况、计算某一具体生态系统能承载某生物数量的问题、人类食物结构改变可供养人口数量的问题等等，将这些问题用数学建模等方式解决，使生物学知识与生产实际很好结合起来，使学生能学以致用，起到举一反三的效果。
当然在模型建构中要根据教学内容灵活运用，不能生搬硬套，如完成“生态系统的能量流动”的“技能训练”时，就可以通过建构数学模型、物理模型和概念模型等多种模型的方法对学生的综合能力进行训练，以提高学生的建模能力和生物科学素养。总之，模型建构不仅要做，而且要在做中形成和理解有关概念，要在做中体验、思维和创造。即既要建构模型，更要在建构中实现行为与思维的统一。但在建模中要注意，建模教学要面向全体学生，注重与现实生活的联系，注重学生的主体性，充分调动学生的学习积极性，将参与探究的机会给学生，尽可能放手让他们自己去操作，通过动手和动脑培养学生主动获取新知识的能力和分析和解决问题的能力，以及交流与合作的能力，从而使他们的能力得到锻炼和提高。
关键词：模型建构 生物教学 生态系统
《普通高中生物课程标准》明确指出：了解建立模型等科学方法及其在科学研究中的应用，培养学生的建模思维和建模能力。这几年的高考试题也充分说明了这一点，几乎每份高考考卷都有生物学模型的分析或建构，这说明生物模型的分析与建构是课程标准的重要能力要求，本文就模型建构在“生态系统及其稳定性”的教学中的应用进行探讨。
模型是人们为了某种特定目的而对认识对象所作的一种简化的概括性的描述，这种描述可以是定性的，也可以是定量的。其形式很多，高中生物教材中主要涉及有物理模型、概念模型、数学模型等。将模型建构应用于生物教学中，旨在贯彻提高学生的生物科学素养，倡导探究性学习，有助于学生体验探究建模过程，构建完整的知识体系，使学习过程更高效。
（一）构建概念模型，理清生物学概念间的关系
概念模型：指以文字表述来抽象概括出事物本质特征的模型，是对生物学中某个问题或事物进行描述。如在学习生态系统结构时，首先需要学生明确生态系统的概念，怎样使学生容易且尽快理解概念呢？教学中根据我校学生大部分来自农村的实际情况，让学生结合熟知的稻田，收集资料、信息，课前完成“问题探讨”，课堂上小组内交流各自建构的模型，以模型说明生物群落与无机环境间有着密不可分的联系，它们相互作用形成的统一整体就是生态系统。这样通过学生独立建构模型、小组讨论交流到教师的讲评学生不仅掌握了生态系统与生物群落、无机环境的关系，而且明确了其概念的含义、边界、范围等，并具体参与了模型的建构与分析。接着在学习生态系统的结构时，再次让学生完成“思考與讨论”，从池塘、农田、森林、江河等学生熟悉的生态系统中选择一个系统完成讨论题，分析生态系统的组成成分，并尝试画出抽象的概念模型。教学中再以池塘生态系统为例，介绍生态系统的组分，并总结出生态系统结构模型。如图为学生初构及修正后的模型：
通过学生自主构建、教师引导修正模型，可以引导学生进行自主、探究式的学习，学生在构建模型中有概念的形成和理解，理清了生物学概念之间的独立关系、从属关系，使分散的生物学概念系统化，而且学生也掌握了概念模型建构方法，在之后学习中能很好地进行运用，如采用集合的形式呈现有关概念如生态系统、群落、生产者、各级消费者、分解者、食物链、食物网及各营养级等关系，建构生态系统结构中概念模型，以知识树的形式呈现种群、生态系统的能量流动概念模型，生态系统的信息概念模型等等，这些均有利于学生对概念知识的理解。同时，在模型构建过程中，要大量收集和处理信息，搜集和整理资料过程的本身就是培养搜集和处理信息能力的过程。
（二）构建物理模型，理清组分间关系形成知识构架
物理模型是指以实物或图画形式直观地表达认识对象特征的模型。在“生态系统及其稳定性”的教学中涉及到的物理模型建构有生态系统结构模型、能量流动过程模型和碳循环过程模型等等，通过模型的建构可以使学生体验生态系统结构的形成和基本规律的探究过程，使高中生物教材中的探究性问题落到实处，能激发学生的思维，充分发挥学生的创造潜能，提高了学生实践能力，提高了学生学习的兴趣和科学素养，推进了教学模式改革，使得整个学习过程更加高效。这样使抽象的过程具体化、简约化，对于提高学生的探究能力、自主学习能力、建模能力都是大有裨益。
（三）构建数学模型，以繁化简，解决实际问题
数学模型是用来描述一个系统或它的性质的数学形式;或者说是将生物学的现象和概念翻译成一套数学关系，用数学的符号和方程式来表示这些现象和概念。具体形式有图形、数据表、方程、不等式、函数等。在“生态系统及其稳定性”的教学中培养学生建构数学模型，能把复杂的内容转变成准确、直观的数学关系式或图像，使问题简化。如学习生态系统的能量流动时，学生建构了能量在各个营养级之间能量传递效率的数学模型λ=En+1∕En（λ表示从n营养级到n+1营养级的能量传递效率;En+1表示n+1营养级同化的能量;En表示n营养级同化的能量）;食物链、食物网中能量的最值计算关系式;在学习“生态系统的稳定性”时学生建构了生态系统的总稳定性与抵抗力稳定性、恢复力稳定性的数学曲线模型，将数学建模与生物学知识很好结合起来。这样通过合理简化，构建数学模型，不仅使学生能用数学方法揭示研究对象规律，体会到生物学并非是一门理解型的自然学科，而且可以使学生感受到利用构建数学模型的思维结合生物学理论知识，可以很好地解决一些生物学实际问题，使学生的知识发生迁移。例如根据能量流动特点、传递效率分析食物网中生物数量的变化情况、计算某一具体生态系统能承载某生物数量的问题、人类食物结构改变可供养人口数量的问题等等，将这些问题用数学建模等方式解决，使生物学知识与生产实际很好结合起来，使学生能学以致用，起到举一反三的效果。
当然在模型建构中要根据教学内容灵活运用，不能生搬硬套，如完成“生态系统的能量流动”的“技能训练”时，就可以通过建构数学模型、物理模型和概念模型等多种模型的方法对学生的综合能力进行训练，以提高学生的建模能力和生物科学素养。总之，模型建构不仅要做，而且要在做中形成和理解有关概念，要在做中体验、思维和创造。即既要建构模型，更要在建构中实现行为与思维的统一。但在建模中要注意，建模教学要面向全体学生，注重与现实生活的联系，注重学生的主体性，充分调动学生的学习积极性，将参与探究的机会给学生，尽可能放手让他们自己去操作，通过动手和动脑培养学生主动获取新知识的能力和分析和解决问题的能力，以及交流与合作的能力，从而使他们的能力得到锻炼和提高。