第 卷第 期 中学 生 物学 & ? #? ? % ? & ( ) ? +, ? #) %) . / 0 ) % ? 1) 2 3+ ? ! 年 4 文 件编 号 %! + 2 一 5 67 2! +! 一 !!8 一! 生 物 模 型 的 合类 特 点 反构 建 方 孩 施问 华 。 2江 苏 省 盐 城 市 滨 海 中学 脂 的药 物 2+ 。 5 8 ! + 生 命科 学 研 究 常 常 运 用 模 型 科 学家 用 模 型 代 表 所 研 究事物 的例 子 很 多 9 1: , 在 科 学 界 被传 为佳话 的 。 人工 模 拟 模 型 有些 科 学 问 题 的探 究 既 无 法 , , , 。 。 双 螺 旋 结 构模 型 就 是 著 名 一 例 , 、 沃 森 和克 里 克 , 用 真实模 型 也 无 法 找 到 替 代模 型 此 时 科 学 家们 想 出 了 用 人 工 模 拟 的 方 法 来 开 展 研 究 比 较 著 名 的是 生 在 自 己 和 别 人研 究 数 据 成 果 的 支 持 下 用 自制材 料 精 心 搭 成 的这 个模 型 非常 形 象 直 观 地 揭 示 了 9 1 : 分 子 结构 地 化 学 组 成 三 维 空 间结构 情 况 可 以 说 在 这 、 命起 源 研 究 装 置 和 生 物 圈 < 号 , 个 人 工 模 拟模 型 对 。 。 , 于 生 命 起 源 问 题 的 探索 人 们 根本 无 法再 现 当 时的 情 项 具有 划时 代 意 义 的 伟 大 工 作 中 模 型 方 法 与 模 型 构 , 形 但是 在 , 5 = , , 年 美 国 学 者 米勒 在 实验 室 内成 功 地 、 , 建 起 到 了 极 其重 要 的 作 用 。 模 拟 了 在 时 间 上 极 为 遥 远 的 自然 条 件 2原 始 大 气 原 , 、 生 物模 型 可 以 是 一 种 特 定 的 研 究 对 象 也 可 以 是 表 示 研 究 对 象结 构 或 功 能 的 符号 、 图表 或 函 数式 ; 可 始 海 洋 + 证 明 了 生 命 起 源 的化 学 进化 过 程 在 8 多 亿 ! 以 前 是 可 能 存在 的 ,=6 年 开始 模 年 美 国科 学 家 于 8 。 以 是 一种 研 究 过 程 思 维 方 法 也 可 以 是研 究 成 果 的 , 拟 生物 圈 的 结 构 和功 能 、 、 、 , 建 造 了有 半 个 足 球 场 大 小 , , 、 表 达 高 中 生 物课 程 标 准 将 模 型 方 法 列 为 科 学 过 程 方 法 技 能 的 一 个 方 面 要 求 学 生 不 仅 对 生 物模 型 的 分 类 , 。 的 完 全 封 闭 的 生 态 实验 室 在 这 个 巨 大 的 玻 璃 罩 里 , 有微 型 的 森 林 沙 摸 农 田 海 洋 和 溪 流 这就 是 生 物 “ 有 一定 的 了解 , 还 要 初 步学 会构 建 一 些 基 本 的 模 型 。 圈< 号 ” 。 = , = 年 , 月 6 位 科学 家 进驻 这个 人 工 模 拟 。 , 本 文 拟 对生 物 模 型 的 分 类特 点 及 其 构 建方 法 进 行探 的 生 物 圈模 型 中 开 展 研 究 、 讨 以供 参考 , , 。 中学 教 材 里 也 有 一 些 人 工 模 拟 模 型 如 探 究 性 状 分 离 比 的 实 验 模 型 探 究 生 态 系 统稳 定 性 的 小 生 态 。 , 生物模 型的 分类 生 物模 型 可 以 分 为 物 质 形 式 和思 维 形 式 两 大类 型 ‘ 瓶等 , ? 。 , , 从 物质 形 式 角度 生 物 模 型 可 以 分为 真 实 模 型 替 代模 型 以 及 人 工 、 从 思 维 形 式 角度 生 物 模 型 的表 现 形 式 有 物 理 模 型 、 概念 模 型 数 、 模 拟模 型 等 几 种 类 型 + 2% 。 。 学 模 型 软 件模 型 等 2% + 。 。 、 。 真 实模 型 为 了 能 更 好 地 探 究 某 项 生 命 活 动 、 物 理模 型 以 实物 或 图 画 形 式 直 观 反 映认 识 , 、 规 律 而 选 用 某 些 方 面 具 有 典 型 意 义 或 特 别 便利 的 生 物 2含微 观 宏 观 两 个 方 向 的 生 命 层 次 + 这 就 是 真实 , 对 象 的 形 态 结构 或 三 维结构 这 类 实物 或 图 画 即 为 物 理 模 型 实 物 模 型 常 见 的有 9 1 : 双 螺旋 结构 模 型 真 ; 核 细 胞 亚 显 微结 构 模 型 等 图 画 模 型 则 有 > > 植 物 , 、 模 型 真实模 型 的 选 择 往 往 是精 心 的 慎 重 的 因 为 通 过 其研 究所 获 得 的 生 命 活 动规 律 须具 有 通 适性 典 型 性 能推 广 到 其 他 生 物 、 、 。 、 , 叶 片 结 构示 意 图 、 三 倍体 无 子 西 瓜 的 培 育 过 程 图 解 。 、 , 。 如 孟 德 尔 摩 尔 根分 别 以 豌 、 池 塘 生 态 系 统 模式 图 等 物 理 模 型 的特 点 是 实 物 或 、 4 豆 果 蝇 为 研 究 模 型 研 究 发 现 了遗 传 的 三 大 规 律 ; 林 , 图 画 的 形 态 结 构 与真 实 事物 的特 征 大 小 一 般 是按 比 例 放 大 或缩小 的 2+ 。 、 本 质 非 常相 像 , 德曼 奥 顿 分 别选 择 美 国 的 、 、 个 天 然 湖泊 河 流 , 、 赛 达 伯 格 湖 银 泉 为 生 态 系统 模 型 深 人研 究 并 揭 示 出 生 态 系 统 的 能 量 流 动 规律 2 + 替 代模 型 , — 。 概念 模 型 以 图 示 文 字 符 号 等 组 成 的 流 程 、 、 、 。 图 形 式 对 事 物 的 生 命 活 动规 律 机 理 进行 描 述 阐 明 , , 。 如 果 由于 种种 原 因 直 接用 研 究 , 。 这 就是 概 念 模 型 、 。 例 如 动 植 物 细 胞 的有 丝 分 裂 减 数 、 、 、 、 对象进 行 实 验 研 究 不太 可 能 而 用 其 他 生 物 代 替 研究 对 象 进 行 研 究 这 些 替 代 生 物 就 称 为 替 代模 型 用豚 鼠 、 、 分 裂 图 解 光 合 作 用 示 意 图 中心 法则 图 解 过敏 反 应 机 理图 解等 , 、 , 。 如常 、 概 念 模 型 的 特 点 是 图 示 比较 直 观 化 模 、 称 猴 等 动 物 代 替人 体 进 行 疾 病 机 理 探 究 疫 , , 式 化 由箭 头 等符 号 连 接起 来 的 文 字 关 键 词 比较 简 明 清 楚 它 们 既 能 揭 示 事 物 的 主要 特 征 本 质 又 直 观形 象 通 俗 易懂 、 苗 研 制 药 物 试 验 等 工 作 例 如 诱 发 豚 鼠血 脂 增 加 作 为 高血 脂患 者 的 模 型 利 用 这 个 替代 模 型 来筛 选 降血 、 , 。 2 + 数 学 模 型 用 来 表 达 生 命 活 动 规 律 的 计算 公 式 函 数式 曲线 图 以 及 由实验 数 据 绘制 成 的 柱 形 图 饼状 图 等 称为 数 学模 型 、 、 、 、 。 形 式 的 模 型 在 构 建 时 都 有 各 自具 体 的程 序 和 方 法 因 此 有 必 要 分别 加 以 说 明 。 , 。 如 酶 的 活性 变化 曲 线 种 群 , 、 、 、 2% + 实 物形 式 的 物 理 模 型 、 。 熟悉 所 构 建对 象 , 、 增长 曲线 微 生 物 生长 曲线 还 有 种 群 密度 计 算 公 式 组 成 细 胞 的化 学 元 素饼状 图 能 量 金 字 塔 等 的 特 点 是 在 利用 坐 标 系描 述 ; 。 的结 构 组 成 和 空 间 构 象 、 选 取 合 适 的 构建 材料 选 、 曲线 图 ! 材 的 原 则 是 相 仿 方 便 实用 简 易 醒 目易 识 别 个 变 量 之 间 的定性 或 ? 确 定 适 当 的 模 型 及 构 件 的 比 例 和 大 小 # 制作 模 定量关 系 柱形 图是 依据 实 验数 据 在 坐 标 系 内用 柱 形 方 式表 示 的 型 的 构件 ? &? ( 构件 组 装 % 对 照 复 查 微 调 完 善 , 、 、 、 。 个 变量 之 间 不 连 续 的 定 量 关 系 ; 饼 形 图 、 由 图 示 文 字 符 号 混 合 组 成 的概 念 模 型 、 , 、 。 通 常 是 百 分 比 含 量 的圆饼 状表 示 ; 计 算 公 式 或 函 数 式 熟 悉 所 构 建 对 象 的 显 著特 征 过 程 要 点 变 化 规 律 则 是根 据数 学 上 的等 量 关 系 用 字 母 符 号 建 立 起来 的 变 量 之 间 定 量 关 系式 28 + 软件 模 型 。 。 勾 勒草 图 形 象 清 楚地 用 图 示 突 出 构建 对 象 , 、 用 计算 机 语 言编 写 反 映 变 量 之 。 、 、 、 、 的 显 著 特 征 可 忽略 次 要 或无 关 的 细节 ? 在 图 示 上 或 图 示 之 间 用 必 要 的 文 字 注 释 符 号 连接 来 辅 助 说 明 使 图示 表 达 清 晰 要 注 意 图示 位 置 的 布 局 力 求 图 示 文 字 符 号组 合 的 合 理 协 调 美 观 # 对 照 修 饰 完 善之 后 正式 绘 制 并 配 以 准 确 的 图 注 例如 图 ) 、 间 逻 辑 关系 的 应 用 生 物 程 序 称 为 软 件 模 型 如弗 里 斯 , , 特 等 根 据他 们 对 人 口 增 长 工 业 发 展 粮 食增 长 不 可 再 生 资 源 的 消 耗 以及环 境 污 染 的研究 用 几 十 个 相 互 , 、 、 、 、 、 , , 。 。 联 系 的 变量 组 成 了一 个模 型 , , , 借 助 计算机进 行各 种 运 、 算 一 方 面对 模 型 进 行检验 同时 也 可 以对未来 作 出 预 测 。 这 种抽 象模 型 的 计 算 机 模 拟 在 生 态学 生 物 模 型 的构 建 方 法 群 体 遗传 。 学 基 因 组研究 等很 多领域 里 已 成 为 重 要 的 研究方 法 , 、 新 课标 中 建立 模 型 被 列 为 一 项 技 能 目标 并 作 为 高 中学 生 必 备 的 生 物科 学 素养 国 家 和 地 方 的 新 高 考 大 纲 2说 明 +也 已 明 确 将 这 一 技 能 素 养 的 掌握 水 平 作 为考 核 对 象 , 。 + 3 2 , 年 全 国 高 考 生 物 江 苏 卷 中就 已 出 。 末期 末期 、 后期 现 涉及 模 型 构建 问 题 的 考 核 尝试 因 此 在平 时 的 教 。 , 图) 植 物 细 胞 有 丝 分 裂示 意 图 。 学 和 高考 复 习 中 教 师 和 考 生 都 要 予 以 重 视 , 由于 新 &? ( 、 由 文 字 符 号 组 成 的 概 念模 型 、 、 熟 悉所 构 课 标 要 求 学 生 学会 建 立 的 模 型 主 要 是 思 维 形 式 的 模 型 因此 笔 者 拟 针 对 几 种 常 见 思 维 模 型 的 构 建方 法 提 建 对 象 的 规 律 原 理 及 其 内在联 系 , 选 择 好最 能反 、 映 规 律 原 理 环 节 的关键 词 或 核 心 词 并 确 定它 们 之 间的 连 接 方式 ? 在 草 稿 上 将 含有 关 键 词 的 方 框 圆 , 、 出 如下 建议 ? 。 , 建 立 模 型的一般 程序 2% + 圈 等 进行 合 理 摆 布 再 用 箭 头 等符 号 表 明 关 键 词 之 间 、 、 掌握 原 理 掌握 模型 所 代表 的 知 识 过 程 规 , 。 。 的联 系 在箭 头 上 注 明 联 系名 词 行 为 动 词 或 、 “ + ” 、 “一 ” 律 机 理 等 弄 清模 型 的 构 成 要 素或 包 含 内 容 之 间 的 逻辑 关 系 , 、 等符 号 # 对 照 修 饰 完善 之 后 正 式 绘 制 并 配 以 , , 、 准确 的 图 注 。 。 2 + 明 确 类 型 。 明 确所 构 建 的 模 型 属 于 哪 种 类 型 知 道 该 种 模 型 的特 点 及 表 现 形 式 , 题 例 见 ?, ! ? 高 考 生 物 江 苏卷 第 ? 题 ? 。 分析 由 于 首 次在 高考 中 涉 及 模 型 构 建 问 题 的考 、 、 2+ 、 构建 草 图 2框 架 + 选择 适 当 的 图 形 文 字 符 。 , 。 查 , 故 本 题 关 于 人 体 内 . 的 动 态平 衡模 型 构 建 要 求 + , 、 号 勾 勒 出草 图 或 用 适 当 的 搭建 框架 , 基于模 型 的通 相 对 比 较 简 单 ! 模 型 框架 已 搭 好 有 关 . 吸 收 排 出 + 及 其 在 内环 境 和 细 胞 之 间 动态 变 化 的 核 心 词 也 都 给 出 只 须用 箭 头 表 示 即 可 , 适 性 典 型 性 所 以 在 构 建 时 只 需 要 考 虑大 多 数 情 况 即 可 一 般 不考 虑 极 少 数情 况或 特例 28 + 、 , 。 。 所 以 本题 的 关 键就 在 于 弄 。 修 饰完 善 架 + 确 保 其 科 学 性 ; 然 后 进 一 步 修 饰 完 善模 型 力 求 , , 。 对 照 原 理 查 验所 构 建 的草 图 2框 。 清 了 血 钾与 组 织 液 . + , 、 细 胞 内 液 中 . 以 及 尿液 中 . + + 之 间 的 内在 逻 辑关 系 即 可 顺 利 构 建 模 型 过 程 中 还 要 注 意 以 下 两点 , 当然 构 建 , 规 范 简洁 直 观 有美 感 ; 最 后 构 建 出 正 式 的模 型 。 、 、 ! 用箭 头 符 号 表 示 动 态 模 型一 般 、 25 + 补 充诊 释 对一 些 模 型 要 添 加 必 要 的 文 字 说 明 示 例 图 注 等 使模 型 更 科 学 更 清 楚 更 规 范 ? 、 关 系 时 单 向 渗 透 关 系 的 用 一 个 单箭 头 表 示 相 互 渗 透 关 系 的 用 两 个方 向相 反 的 箭 头 表 示 , 、 , 、 、 。 几 种 常 见 模 型 构 建 方 法 的 建议 上 面 虽 然介 绍 了模 型 构 建 的 一 般 程 序 但 是 不 同 , 不 考 虑 特 殊 或极 少 数 的 情 形 本 题 就 血 细 胞 血 管 壁 细 胞 等 特 殊 细 胞 已 作 了不 予 考 虑 & 下 转 第 /0 页 ( 长 素在 一 定 的 浓 度 范 围 可 以 促 进 扦 插 生 根 浓 度 过 高 , % 体 也 只 能是 Β 】, “ 提 供 的 ? 染 色 体 应 为 ? 因此 第二 代 。 。 或 过 低 都不 能起 到 促 进 作 用 2+ 。 扦 插枝 条 的 蒸 腾 作 。 ” “ “ 杂 交亲 本 的 基 因 型 为 3 咋 和 3 叹 要 想 获得 3 呀 的 用 湿度 , ? 雄 性 个体 进 行 杂交 , , “ “ 第 一 代 杂 交 亲本 果蝇 应选 择 3 叮 和 3 叹 题 目 见 全 国 理 综 卷 2湖 北 卷 +第 , 题 雄 性 个 并 传给 下 一 厂 ‘ 。 体 的 3 染色 体 只 能 来 自上 一 代 的 母本 在雄 果 蝇 的 , 参 考 答案 4 代 的雌 性 个体 ; 由 于 果 蝇 的眼 色 遗 传 是 伴性 遗 传 3 、 而 雌 3 叮 Χ , 2 + 3 3Α ? 3 ?, ? 染色 体有 一 部 分 是 非 同 源 的 因此 判 断 果 蝇 的 眼 色 基 因 位 于 3 染色 体 ? 在 ? , 染 色体 和 ? 3叹 ,, 3 叮Χ , 3 ,矢 怪 , 3 %叮 , , 3 3 “ Β 3叮 Δ 染色 体上 没 有 它 的 等位 基 因 刚 毛 为 显 性 2? + , , 。 截 毛雌蝇 , 一 , 刚 毛 雄蝇 截 毛 为 隐 性 2Α + 要 最 终 获 得 雄 “ “ 性 全 为 截 毛 23 叮 + 雌 性 全 为 刚 毛 23 叹 + Β 只能由 3( ? Ε, ? 上 一 代 个体 的 雄 性 个 体提 供 ? “, , 且 它 提供 的 ? 一 定 是 “ ? ’, Β 3 叹Α % 因 此 第二 代 杂 交 亲本 中基 因 型 为 3 叮 和 Β 叹 “ , 。 要 刚 毛 雄蝇 截 毛 雌蝇 想获 得 3 叮 的 雄性 个 体 “ ” 因 型 应该 为 3 叮 和 3 叹 一 那 么 第 一 代 杂交 亲 本 的 基 Α , 要 使 最 终获得 的雌性 果 蝇 全 部 为 截 毛 2Β Β + 雄 ’ % “ 性 果 蝇 全 部为 刚毛 23 咋 或 3 一 + 那 么 第二 代 杂 交 亲 , 3 叹Α 3 叮日 雌 蝇 均 为截 毛 雄 蝇均 为 刚 毛 本 中 雌 性 个 体 只 能提 供 Β “ , 雄 性 个体 提 供 的 3 染色 2上 接 第 8 页 + 的提 示 故血 钾 与细胞 内液 中 Φ 之 间 Γ , 群 总 数 的 计 算公 式 即 , 5 二 2 可3 , 单 位是 只 。 。 的 特 殊 关 系 不 应考 虑 28 , 。 7 & ( 柱 形 图 形 式 的 数学 模 型 。 弄 清材 料 中 数 , + 曲线 图 形 式 的 数 学 模 型 明 确 自变 量 和 据 信 息 所 代表 的 生 物 学 意 义 及 其 变 化 规 律 或 因 果 关 系 明 确 ? 个 坐 标 轴 所 代 表 的 变量 确 定 合 适 的 单 因变量 弄 清 它 们 之 间 的 生 物 学 意 义 及 其 两 者 之 间 的 变 化关 系 , 绘制 坐 标 系 确 定 , , ? 个 坐 标轴 所 代 表的 起点 拐 点 、 位大 小 并 在 轴 上 标 出 ? 、 、 依 照 数 据 分 别 确定 柱 子 “ ” “ ” 变量 标 出 适 当 的单 位 ? & 变 化 点 ( 顶 点 终 点等 、 、 依 据题 中 数 据 信 息 或 分 析 的 位 置 高 度 宽 度 在 坐 标 系 中轻 轻 画 出 柱 子 , 出 来 的 变量 关 系 找 出 曲 线 的 特 征 点 , — 在 坐 标 系 中将 这 些 点 标 出 , , , # 对 照 数 据进 行 复 查 图 ? “ , 无误 后 加 粗 画 出正 式 的 柱 形 , 如 果 横 轴 上 要 表达 的 变 量 不 止 一 个 即 每 一 个 ” 后 用 铅 笔轻 轻描 出 曲线 的 大致 变 化 走 势 # 对 照 数 单位 格 上 要 绘 制 ” , , ? 个或 ? 个 柱子 时 要 注 意不 同 “ ” , 据 信 息进 行 检 验 复查 在 修 饰 微 调 无 误 后 用 铅 笔 加 粗 描 绘 出 正 式 的 曲线 绘 制 曲线 时 应 尽 量 使 曲 线 连 贯 平 滑 美 观 ? 如 果 需 绘制 多条 曲 线 还 要 注 意 曲 、 、 , “柱 子 ‘ 的 区 分 并 用 图 例标 注 出来 % 写 上 柱 形 图 的 。 。 图 注 注 意数 轴 单 位 的标 准 化或 与 题 中要 求 一 致 线 之 间 的 逻 辑关 系和 位 置 关 系 并 注 明 各 条 曲 线 对 应 的 名称 % 写 上 曲线 图 的 图 注 注 意 数 轴 单 位 的 标 准 , , 题例 见 ?, ? 高考 生 物江 苏卷第 / 题 , ! 分 析 本 题 的 考 查 目标 是 学 生 在 研 究性 学 习 过 程 中 对 数据 结 果 的 处 理 和 表 达 的 能力 水 平 构 建 柱形 图 形 式 的 数 学 模 型 的 技能 水 平 。 , 化或 与 题 中 要 求一 致 、 。 首 先 从 表 格 中 提取 到 ! , & 1 ( 计算 公 式 函 数 式 形 式 的数 学模 型 , 、 。 根据 的 与 构 建模 型 有 关 的 信 息 是 ! 1 种 生 物 体 内 ? 种 污 染 所 提 供 的 信 息材 料 提 取 出 已 知 量 未 知 量 & 或 自 变 运 用生 物 知识 量 因 变量 ( 并用 适 当的 字 母 表 示 、 物 的含 量 数据 接着 确 定 出 坐 标 轴所 代 表 的 变 量 横 , 轴 代表 1 种 生 物 体 内 的 ? 种 污 染 物 & ? 个 变量 ( 纵轴 , , 和 数 学 知 识确 定 等 量 关 系 ? 经 过 仔 细 运 算 求 解 出 计 算公 式 & 或 函 数 式 ( # 注 意 单 位 的 标 准 统 一 , 、 代表 千 克 体 重 污 染 物 的 含 量 依 据表 中 污 染 物 含量 的 最大 值 & 8 7 及 其 它 数 据 可 确定 ), 为 纵 轴 适 宜 的最 ( 大 值 单 位 以 ? 为 宜 并 在 纵轴 上 标 出 由 于 每 种 生 , , , 。 题 例 见 ?的? 高考 生 物 江 苏 卷 第 / 题 ) ! 、 。 分 析 本 题 实质 上 是 要 求 构 建一 个 计 算 模 型 数 3 、 。 已 物 要 绘 出 ? 种 污 染 物 的 柱子 “ “ ” ” , 可用 空 白 柱 子 和阴 , “ ” 知量 & 第 一 次捕 获 并 标 记 个 体 数 2 重 捕 中标 记 个 体 重 捕 获 总 数 4 和 未 知量 & 样 方 中 该 种 群 的 数 量 ( ! ( 5 还 是 比 较 清楚 的 等 量关 系也尽 给 出 重 捕取 样 中 影 柱 子 来 表 示 并 区 分 依 照 数 据分 别 确 定 1 种 生 物 ), 个 柱 子 的位 置 高 度 宽 度 然 后 轻 轻 画 出 柱 ” “ ” 、 、 “ 子 复 查 无 误 后 加粗 画 出 正 式 的 柱 形 图 最 后 在 坐 “ ” , , 标记 比例 与 样 方 总 数 中标 记 比 例 相 等 依据 等 量 关 系 ! 可 列 出 如 下关 系式 ! 5 ! 2 6 4 3 , 标 系右 上 方标 注 出 柱 子 的 图 例 写 出 纵轴 代 表 的 变 量 及 单位 ! 千 克 体 重 污 染 物 的 含 量 9 3 : 。 进 而 求 出 样 方 中该 种