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1、常见生物模型构建的常见生物模型构建的一一 般般 步步 骤骤江苏省沭阳高级中学江苏省沭阳高级中学 陈卫东陈卫东Nt=N0t 建模是新教材出现的一种新的学习方式。建立特建模是新教材出现的一种新的学习方式。建立特定的模型对于帮助我们更好的掌握知识之间的联系，定的模型对于帮助我们更好的掌握知识之间的联系，对更好的理解一些抽象的知识是非常有效的。对更好的理解一些抽象的知识是非常有效的。 模型的形式有很多，高中生物教学中常见的有三模型的形式有很多，高中生物教学中常见的有三种：种：模型构建的定义及类型模型构建的定义及类型:1概念模型概念模型2数学模型数学模型3物理模型物理模型一、概念模型：一、概念模型： 概
2、念模型是对生物学中某个问题或事概念模型是对生物学中某个问题或事物进行描述。概念模型包括：中心概念、物进行描述。概念模型包括：中心概念、内涵、外延。在新课程生物教材中，概念内涵、外延。在新课程生物教材中，概念模型通常以模型通常以概念图概念图的形式出现，表达概念的形式出现，表达概念之间的相互关系，体现知识的网络构架。之间的相互关系，体现知识的网络构架。通过概念模型的构建，有利于对概念知识通过概念模型的构建，有利于对概念知识的理解和联系。的理解和联系。 1.定义：定义：一、概念模型：一、概念模型：理清概念之间关系理清概念之间关系 ；画出初步关系图并建立连接画出初步关系图并建立连接 ；标明概念之间关系
3、标明概念之间关系 ；修改和完善。修改和完善。2. 构建的一般步骤：构建的一般步骤：一、概念模型：一、概念模型：2. 构建的一般步骤：构建的一般步骤：以基因重组为生物进化提供原材料的模型构建为例来加以说明以基因重组为生物进化提供原材料的模型构建为例来加以说明 一、概念模型：一、概念模型：理清概念之间关系：理清概念之间关系：2. 构建的一般步骤：构建的一般步骤： 要构建概念图，首先要明确各概念范要构建概念图，首先要明确各概念范围，确定各关键概念等级，然后理清几个围，确定各关键概念等级，然后理清几个概念之间的关系。关键概念关系理不清，概念之间的关系。关键概念关系理不清，就无法正确的构建概念图，所以理
4、清关系就无法正确的构建概念图，所以理清关系是构建概念图的第一步，也是最关键的一是构建概念图的第一步，也是最关键的一步。步。 一、概念模型：一、概念模型：理清概念之间关系：理清概念之间关系：2. 构建的一般步骤：构建的一般步骤： 在基因重组概念模型在基因重组概念模型中，首先要确定杂合子、中，首先要确定杂合子、自由组合、交叉重组、基自由组合、交叉重组、基因重组、新基因型、新表因重组、新基因型、新表现型、变异性、多样性、现型、变异性、多样性、生物进化的原材料各个概生物进化的原材料各个概念的范围、前后关系等。念的范围、前后关系等。比如自由重组和交叉重组比如自由重组和交叉重组应该是并列关系，新基因应该是
5、并列关系，新基因型是新表现性的基础和原型是新表现性的基础和原因等等。因等等。一、概念模型：一、概念模型：画出初步关系图并建立连接画出初步关系图并建立连接 ；2. 构建的一般步骤：构建的一般步骤： 初步拟定概念图各个概念之间的纵向和横初步拟定概念图各个概念之间的纵向和横向分支，然后先用铅笔描出初步的连接，箭头向分支，然后先用铅笔描出初步的连接，箭头的指向等。上下级关系、并列关系等都要注意的指向等。上下级关系、并列关系等都要注意排列的位置，尽量避免交叉。如图形中的自由排列的位置，尽量避免交叉。如图形中的自由重组和交叉重组、变异性和多样性应该是并列重组和交叉重组、变异性和多样性应该是并列的，而导致新
6、基因型产生的原因应该是基因重的，而导致新基因型产生的原因应该是基因重组等。建立初步连接后要仔细的审定一下连接组等。建立初步连接后要仔细的审定一下连接是否合理，如不合理要及时纠正。是否合理，如不合理要及时纠正。 一、概念模型：一、概念模型：画出初步关系图并建立连接画出初步关系图并建立连接 ；2. 构建的一般步骤：构建的一般步骤： 初步拟定概念图各个概念之间的纵向和横初步拟定概念图各个概念之间的纵向和横向分支，然后先用铅笔描出初步的连接，箭头向分支，然后先用铅笔描出初步的连接，箭头的指向等。上下级关系、并列关系等都要注意的指向等。上下级关系、并列关系等都要注意排列的位置，尽量避免交叉。如图形中的自
7、由排列的位置，尽量避免交叉。如图形中的自由重组和交叉重组、变异性和多样性应该是并列重组和交叉重组、变异性和多样性应该是并列的，而导致新基因型产生的原因应该是基因重的，而导致新基因型产生的原因应该是基因重组等。建立初步连接后要仔细的审定一下连接组等。建立初步连接后要仔细的审定一下连接是否合理，如不合理要及时纠正。是否合理，如不合理要及时纠正。 一、概念模型：一、概念模型：画出初步关系图并建立连接画出初步关系图并建立连接 ；2. 构建的一般步骤：构建的一般步骤：一、概念模型：一、概念模型：标明概念之间关系标明概念之间关系 ：2. 构建的一般步骤：构建的一般步骤： 建立好连接后就要考虑在连线上用连接
8、词标明两者之间建立好连接后就要考虑在连线上用连接词标明两者之间的关系。对连接词的使用一定要注意推敲，力求合理准确。的关系。对连接词的使用一定要注意推敲，力求合理准确。连接词不能含蓄也不需要华丽，但是要力求简练，并一目了连接词不能含蓄也不需要华丽，但是要力求简练，并一目了然。比如杂合子如何能够导致自由组合或交叉互换的呢？当然。比如杂合子如何能够导致自由组合或交叉互换的呢？当然是在有性生殖的减数分裂过程中染色体的行为造成的，而然是在有性生殖的减数分裂过程中染色体的行为造成的，而自由重组和交叉互换是基因重组的原因；新的表现性能够增自由重组和交叉互换是基因重组的原因；新的表现性能够增加生物的变异性和多
9、样性，变异性和多样性能够提供生物进加生物的变异性和多样性，变异性和多样性能够提供生物进化的原材料等等。连接词还不能有歧义，一旦有歧义，就容化的原材料等等。连接词还不能有歧义，一旦有歧义，就容易给学习者造成误解。易给学习者造成误解。 一、概念模型：一、概念模型：标明概念之间关系标明概念之间关系 ：2. 构建的一般步骤：构建的一般步骤：一、概念模型：一、概念模型：修改和完善：修改和完善：2. 构建的一般步骤：构建的一般步骤： 概念图建立后，一般要经过三个层次的修订：首先是概念图建立后，一般要经过三个层次的修订：首先是自己，自己对所建立的概念图要认真审阅，仔细推敲，同自己，自己对所建立的概念图要认真
10、审阅，仔细推敲，同时一定要明确，概念图是要为教学服务的，不符合教学要时一定要明确，概念图是要为教学服务的，不符合教学要求的概念图要修改；其次要将概念图给自己的同学看，不求的概念图要修改；其次要将概念图给自己的同学看，不同人看问题的角度是不一样的，概念图建成后不同人的使同人看问题的角度是不一样的，概念图建成后不同人的使用是否会造成误解，因为我们自己看，我们只会按照我们用是否会造成误解，因为我们自己看，我们只会按照我们已经形成的思路去思考，而其他人就不一定；第三是要给已经形成的思路去思考，而其他人就不一定；第三是要给老师看，因为老师所站的高度比较高，也更全面。当然在老师看，因为老师所站的高度比较高
11、，也更全面。当然在以后的教学或学习中还要不断的对构建好的概念图加以修以后的教学或学习中还要不断的对构建好的概念图加以修订和完善。订和完善。 主要主要通过通过包括包括主要主要方式方式包括包括免疫调节免疫调节高等生物生命活动的调节高等生物生命活动的调节体液调节体液调节神经调节神经调节激素调节激素调节条件反射条件反射非条件反射非条件反射特异性免疫特异性免疫淋巴细胞淋巴细胞包括包括非特异性免疫非特异性免疫看下列概念图：看下列概念图：完成下列概念图：完成下列概念图：概念图绘制规范概念图绘制规范概念图中每个概念只出现概念图中每个概念只出现一次一次。连接两个概念间的连接两个概念间的联系词联系词应尽可能选应尽
12、可能选用意义表达具体明确的词。用意义表达具体明确的词。概念名词要用方框和圆圈圈起来，而概念名词要用方框和圆圈圈起来，而联系词则不用。联系词则不用。二、数学模型：二、数学模型： 数学模型是用来描述一个系统或它的性数学模型是用来描述一个系统或它的性质的数学形式。或者说是为了某种目的，用质的数学形式。或者说是为了某种目的，用字母、数字及其它数学符号建立起来的等式字母、数字及其它数学符号建立起来的等式或不等式。或不等式。 1.定义：定义：二、数学模型：二、数学模型： 2.构建的一般步骤构建的一般步骤：（1）观察研究对象，提出问题）观察研究对象，提出问题;（2）提出模型假设）提出模型假设;（3）根据实验
13、数据，建构模型）根据实验数据，建构模型;（4）进一步观察，修正模型。）进一步观察，修正模型。以细菌繁殖Nt=N0 t为例二、数学模型：二、数学模型： 2.构建的一般步骤构建的一般步骤：（1）观察研究对象，提出问题：）观察研究对象，提出问题： 细菌基数为细菌基数为N0，细菌每分裂一次需要一定的时间。，细菌每分裂一次需要一定的时间。（2）提出模型假设：）提出模型假设： 在资源和空间无限多的环境中，细菌种群的增长在资源和空间无限多的环境中，细菌种群的增长不会受种群密度增加的影响。不会受种群密度增加的影响。以细菌繁殖Nt=N0 t为例二、数学模型：二、数学模型： 2.构建的一般步骤构建的一般步骤：（3
14、）根据实验数据，建构模型：）根据实验数据，建构模型： Nt=N0 t，N0代表细菌初始数量，代表细菌初始数量，t表示第几代，表示第几代，Nt表表示示t代细菌数量。代细菌数量。（4）进一步观察，修正模型：）进一步观察，修正模型： 观察、统计细菌数量，对自己所建立的模型进行检验观察、统计细菌数量，对自己所建立的模型进行检验或修正。或修正。以细菌繁殖Nt=N0 t为例二、数学模型：二、数学模型： 3.其他常见的一些数学模型其他常见的一些数学模型： （1）蛋白质的合成：假设氨基酸的平均分子量为）蛋白质的合成：假设氨基酸的平均分子量为a，n个氨基酸缩合形成个氨基酸缩合形成m条多肽链：条多肽链：脱去的水的
15、分子量脱去的水的分子量是多少？是多少？ 形成的蛋白质的分子量是多少？形成的蛋白质的分子量是多少？ 数学模型：数学模型： X（脱去的水分子量）（脱去的水分子量）=18（nm） X（蛋白质分子量）（蛋白质分子量）=na18（nm）二、数学模型：二、数学模型： 3.其他常见的数学模型其他常见的数学模型：（2）DNA的结构：的结构：已知某一种碱基的比例，求解另外一种与之不能配对的碱已知某一种碱基的比例，求解另外一种与之不能配对的碱基所占的比例？基所占的比例？数学模型：数学模型：X%=50%B%模型中各参数的意义：模型中各参数的意义：X%为所求碱基的比例；为所求碱基的比例；50%为碱基为碱基数的一半；数
16、的一半；B%为已知碱基所占的比例。为已知碱基所占的比例。 已知已知DNA分子其中一条链中不能配对的两个碱基之和占分子其中一条链中不能配对的两个碱基之和占该单链碱基总数的比率为该单链碱基总数的比率为n时，则另外一条链中，其相对应时，则另外一条链中，其相对应的比值是多少？的比值是多少？数学模型：数学模型：X（另外一条单链）（另外一条单链）=1 二、数学模型：二、数学模型： 3.其他常见的数学模型其他常见的数学模型：（3）DNA分子的复制：分子的复制：复制复制n次，需游离的与已知碱基不能配对的碱基数是：次，需游离的与已知碱基不能配对的碱基数是：数学模型：数学模型：N=（2n）M（1/2q1） 第第n
17、次复制，需游离的与已知碱基不能配对的碱基数是：次复制，需游离的与已知碱基不能配对的碱基数是：数学模型：数学模型：N=2（n1）M（12q）/2q模型中各参数的意义：模型中各参数的意义：N为所求碱基酸数量；为所求碱基酸数量；n次复制或第次复制或第n次复次复制；制；M为某种碱基的数量；为某种碱基的数量；q为这种碱基所占的比例为这种碱基所占的比例。二、数学模型：二、数学模型： 3.其他常见的数学模型其他常见的数学模型：（4）遗传定律：）遗传定律： 将将Dd个体自交，在个体自交，在F1中选择显性个体让其自交得到中选择显性个体让其自交得到F2，在在F2中再选择显性个体让其自交，中再选择显性个体让其自交，
18、Fn代中，能够稳代中，能够稳定遗传的显性个体占所有显性性状个体的比例是多少？定遗传的显性个体占所有显性性状个体的比例是多少？数学模型：数学模型：X=（2n1）/（2n+1） 将将Dd个体自交，在个体自交，在F1中选择显性个体让其自由交配（自中选择显性个体让其自由交配（自交和杂交）得到交和杂交）得到F2，在，在F2中再选择显性个体让其自由交中再选择显性个体让其自由交配，配，Fn代中，能够稳定遗传的显性个体占所有显性代中，能够稳定遗传的显性个体占所有显性性状个体的比例是多少？性状个体的比例是多少？ 数学模型：数学模型：X= n/（n+2）二、数学模型：二、数学模型： 3.其他常见的数学模型其他常见
19、的数学模型：（6）遗传病概率：一对夫妇，其后代若仅考虑甲病的得病）遗传病概率：一对夫妇，其后代若仅考虑甲病的得病几率，则得病可能性为几率，则得病可能性为a，正常的可能性为，正常的可能性为b，若仅考虑乙病，若仅考虑乙病的得病几率，则得病几率为的得病几率，则得病几率为c，正常的可能性为，正常的可能性为d，则这对夫，则这对夫妻结婚后，要生一个孩子，此孩子只有一种病的可能性是妻结婚后，要生一个孩子，此孩子只有一种病的可能性是多少？两病均患可能性是多少？患病的可能性是多少？多少？两病均患可能性是多少？患病的可能性是多少？不患病的可能性是多少？不患病的可能性是多少？数学模型：数学模型：X（只有一种病）（只
20、有一种病）= acacad+bc X（两病均患）（两病均患）= ac（1b）（1d） X（患病）（患病）= acac =ad+bc+ ac X（不患病）（不患病）=bd=（1a）（1c）二、数学模型：二、数学模型： 3.其他常见的数学模型其他常见的数学模型：（7）基因频率：）基因频率：抽样调查：新课程教材中给出了种群抽样调查后基因频率的抽样调查：新课程教材中给出了种群抽样调查后基因频率的计算方式，根据课本给出例题总结出来的基因频率的计算公式计算方式，根据课本给出例题总结出来的基因频率的计算公式为：为：数学模型：数学模型：A=AA个体比率个体比率+Aa个体比率个体比率/2； a=Aa个体比率个体
21、比率/2+aa个体比率个体比率 稳定群体基因频率：对于大而稳定的种群，由于基因频率一稳定群体基因频率：对于大而稳定的种群，由于基因频率一般是稳定的，所以不会给出很多参考数据，往往只有一个数据，般是稳定的，所以不会给出很多参考数据，往往只有一个数据，对于这一类问题基因频率的计算公式为：对于这一类问题基因频率的计算公式为：数学模型：（数学模型：（p+q）2p2q2pq模型中各参数的意义：如模型中各参数的意义：如p表示显性基因基因频率，则表示显性基因基因频率，则q表示隐表示隐性基因基因频率，性基因基因频率，p2表示显性纯合子基因型频率，表示显性纯合子基因型频率，q2表示隐性表示隐性纯合子基因型频率，
22、纯合子基因型频率，2pq表示杂合子基因型频率。表示杂合子基因型频率。二、数学模型：二、数学模型： 3.其他常见的数学模型其他常见的数学模型：（8）酵母菌数量调查数学模型：）酵母菌数量调查数学模型：直接记数：计算的数学模型为：直接记数：计算的数学模型为：N=（mn）103/（110.1）模型中各参数的意义：模型中各参数的意义：N为为1mL溶液中酵母菌的数量；溶液中酵母菌的数量；m为小方格总数；为小方格总数；n为每个小方格中酵母菌的平均数；为每个小方格中酵母菌的平均数；103为为1mL=103mm3；110.1为记数板上溶液的体积（为记数板上溶液的体积（1为记为记数板每边总长，数板每边总长，0.1
23、为记数板上溶液厚度）。为记数板上溶液厚度）。对比记数法：计算的数学模型为：对比记数法：计算的数学模型为：N=（Mn）/ m模型中各参数的意义：模型中各参数的意义：N为为1mL溶液中酵母菌的数量；溶液中酵母菌的数量；M为已知的红细胞总数；为已知的红细胞总数；n为每个小方格中酵母菌的平均数；为每个小方格中酵母菌的平均数；m为每个小方格中红细胞的平均数。为每个小方格中红细胞的平均数。二、数学模型：二、数学模型： 3.其他常见的数学模型其他常见的数学模型： （9）能量流动数学模型：）能量流动数学模型： 数学模型：数学模型：Qn+1=Qn 模型中各参数的意义：模型中各参数的意义：Qn+1表示表示n+1营
24、养级同化的能营养级同化的能量；量；表示从表示从n营养级到营养级到n+1营养级的能量传递效率；营养级的能量传递效率；Qn表示表示n营养级同化的能量。营养级同化的能量。 三、物理模型：三、物理模型： 物理模型就是以实物或图画形式直观地物理模型就是以实物或图画形式直观地表达认识对象的特征。在教材中出现的也有表达认识对象的特征。在教材中出现的也有很多，比如细胞模型，细胞的亚显微结构示很多，比如细胞模型，细胞的亚显微结构示意图，的双螺旋结构，生态农业系统意图，的双螺旋结构，生态农业系统等等。等等。 1.定义：定义：三、物理模型：三、物理模型：2. 构建的一般步骤：构建的一般步骤：（1）了解构建模型的基本
25、构造；）了解构建模型的基本构造；（2）制作模型构建的基本原件（单位）；）制作模型构建的基本原件（单位）；（3）了解各基本原件之间的关系；）了解各基本原件之间的关系；（4）按照相互关系连接各基本原件；）按照相互关系连接各基本原件；（5）检验与修补。）检验与修补。以以DNA双螺旋模型构建为例双螺旋模型构建为例三、物理模型：三、物理模型：2. 构建的一般步骤：构建的一般步骤：（1）了解构建模型的基本构造；）了解构建模型的基本构造； DNA为规则的双螺旋结构，其中五碳糖与磷酸交为规则的双螺旋结构，其中五碳糖与磷酸交互连接在外围，含氮碱基通过氢键连接。互连接在外围，含氮碱基通过氢键连接。（2）制作模型构
26、建的基本原件（单位）；）制作模型构建的基本原件（单位）； DNA的基本单位为脱氧核苷酸，的基本单位为脱氧核苷酸，DNA是由四种脱是由四种脱氧核苷酸（腺嘌呤脱氧核苷酸、胸腺嘧啶脱氧核苷酸、氧核苷酸（腺嘌呤脱氧核苷酸、胸腺嘧啶脱氧核苷酸、胞嘧啶脱氧核苷酸和鸟嘌呤脱氧核苷酸）组成的。寻找胞嘧啶脱氧核苷酸和鸟嘌呤脱氧核苷酸）组成的。寻找材料并制作这些基本原件，如以什么材料表示磷酸、五材料并制作这些基本原件，如以什么材料表示磷酸、五碳糖、含氮碱基、氢键、膦酸二酯键等。碳糖、含氮碱基、氢键、膦酸二酯键等。ATGC三、物理模型：三、物理模型：2. 构建的一般步骤：构建的一般步骤：（3）了解各基本原件之间的关
27、系；）了解各基本原件之间的关系； DNA主干的五碳糖与磷酸交互连接是一个脱氧核苷主干的五碳糖与磷酸交互连接是一个脱氧核苷酸的磷酸与另外一个脱氧核苷酸的酸的磷酸与另外一个脱氧核苷酸的3号碳原子连接；中间号碳原子连接；中间碱基互补配对只能碱基互补配对只能AT，GC，其他方式则不能。，其他方式则不能。DNA的两条链是反向平行的。的两条链是反向平行的。（4）按照相互关系连接各基本原件；）按照相互关系连接各基本原件； 按照上述要求相互之间初步连接。按照上述要求相互之间初步连接。（5）检验与修补。）检验与修补。 对照模型构建要求，不断检验和修补模型。对照模型构建要求，不断检验和修补模型。ATGCATGC 1. 明确需要制作模型的特点；明确需要制作模型的特点； 2. 对照制作步骤进行有序操作；对照制作步骤进行有序操作； 3. 注意后期检验和完善。注意后期检验和完善。 模型构建要求模型构建要求：谢谢 谢！谢！