2003年高考生物试题中的模型与模型方法分析，本文主要内容关键词为：模型论文,方法论文,生物试题论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
一、生物学中的模型和模型方法
高中生物教材在用语言表述生命现象和生命活动规律的同时，经常提供相应的模型。所谓“模型”，是指模拟原型（所要研究的系统的结构形态或运动形态）的形式。它不再包括原型的全部特征，但能描述原型的本质特征。模型方法是以研究模型来揭示原型的形态、特征和本质的方法，是逻辑方法的一种特有形式。模型一般可分为物理模型和数学模型两大类，通常说的模型即指物理模型。物理模型可以模拟客观事物的某些功能和性质，它包括物质模型和思想模型两类。在高中生物课程中经常使用的物质模型有实物模型如生物体结构的模式标本，模拟模型如细胞结构模型、各种组织器官的立体结构模型等。细胞结构模型和各科组织器官的立体结构模型都属模拟模型。思想模型是物质模型在思维中的引申，根据构建模型的思想方法，又可以分为两类：一类是以形象化方法（或称为意象思维方法）构建的具象模型，它是人们在思维中通过对生物原型的简化和纯化而构思出来的。具象模型具有一定的形态结构特征，如DNA分子双螺旋结构模型、生物膜液态镶嵌模型等。它能使研究对象直观化，既可以促进研究，又可以简略描述研究成果，使之便于理解和传播。另一类是以理想化方法（或称抽象思维方法）构建的模型，是人们抽象出生物原型某些方面的本质属性而构思出来的。例如，呼吸作用过程图解、光合作用过程图解等过程理想模型，内环境模式图、池塘生态系统图解等系统理想模型。这类模型使研究对象简化，在科学研究中用于计算推导、引申观察和实验的结论等方面。
数学模型是根据对研究对象的观察或逻辑推理，得出反映事物间某些数量关系的数学表达。它能描述研究对象的变化规律。数学模型的表达形式，可以是数学解析式，如种群增长率为λ时，种群数量
；也可以是曲线图，如种群增长的“J”形曲线和“S”形曲线，还有细菌的生长曲线，等等。
二、试题中的模型
模型可使研究对象直观化和简化，便于研究；又可以简略描述研究成果，使之便于理解和传播；还可以用于计算、推导、延伸观察和实验的结论等。因此，可运用模型进行探究。2003年高考中，此类试题多处出现。
（一）对模型的理解和识记
江苏省卷第12题（广东省卷第9题同）：已知某植物的体细胞中有3对同源染色体，图1为细胞分裂某一时期的模式图，该细胞处于：A.有丝分裂后期；B.有丝分裂末期；C.减数分裂的第一次分裂；D.减数分裂的第二次分裂。
有丝分裂和减数分裂过程图解是一个过程模拟模型，本题考查考生对这两个模型的理解和识记。
图1
（二）以模型为对象进行推理和计算
全国“理综”卷第27题提供了一个留有一侧的一对脊神经根的脊髓横切面示意图，即一个模型，然后在这个模型上进行实验：(1)在第一对脊神经根的背根中央处剪断，电刺激背根向中段，蛙后肢发生运动反应；电刺激背根外周段，蛙后肢不发生反应。(2)在第二对脊神经根的腹根中央处剪断，电刺激腹根向中段，蛙后肢不发生反应；电刺激腹根外周段，蛙后肢发生运动反应。要求根据实验(1)判断背根的功能，根据实验(2)判断腹根的功能，并分别说明理由。
有的教师和学生误以为此题考查的是关于脊神经背根和腹根的功能的知识，因而认定此题超纲。其实，此题是一个能力立意题，实验属控制论中的“黑箱实验”。在控制论中，将内部信息缺乏的客体称为“黑箱”。此题中脊髓模型就是一个黑箱，它是这个黑箱实验的研究对象。因此，题目没有提供有关脊髓和脊神经功能的信息，对此也不作要求，仅要求根据输入和输出信息判断脊神经背根和腹根的功能。此题体现了模型作为直观化和简化的研究对象在探究中的价值。
三、模型方法的运用
在生物学问题解决中，人们经常使用模型方法。利用模型方法解决问题，需先建立模型，简称生物建模。所谓建模，就是要寻找变量之间的关系，构建模型；然后依据模型进行推导、计算，做出预测。全国“理综”卷第26题就是一个典型例子。题目是：小麦品种是纯合体，生产上用种子繁殖，现要选育矮杆(aa)、抗病(BB)的小麦新品种；马铃薯品种是杂合体（有一对基因杂合即可称为杂合体），生产上通常用块茎繁殖，现要选育黄肉(Yy)、抗病(Rr)的马铃薯新品种。请分别设计小麦品种间杂交育种程序，以及马铃薯品种间杂交育种程序。要求用遗传图解表示并加以简要说明。（写出包括亲本在内的前三代即可）遗传学中的“表现型”是一种实物模型，相当于生物体某性状的模式标本；而“基因型”的实质是“基因组成模型”，它用英文字母来表示生物体中与所研究问题有关的基因组成。因此，此题可运用模型方法解决。（解题程序见表1）
表1
四、数学模型的运用
江苏省和广东省卷第37题：飞蝗大发生时，可长途迁徙，所经之处农作物受到严重破坏。研究发现飞蝗种群数量的消长受多种因素的影响。当雨量充沛、气候潮湿时，真菌、丝虫和蛙等大量繁殖可抑制飞蝗的种群数量；蝗虫的产卵量受相对湿度的影响（见图2-1）。飞蝗的发生量又与降雨量有密切关系（见图2-2）。要求回答：在干旱的气候下，飞蝗发生量变化的趋势是什么？可能的原因是什么？
本题给出了蝗虫产卵量与相对湿度关系的曲线图，以及飞蝗发生程度与雨量大小的曲线图。这些曲线图实质上都是数学模型，要求考生根据模型反映的变化规律进行推理和判断。根据图2-2所示的数学模型，干旱的气候将使飞蝗的天敌减少，从而使飞蝗的种群数量增大，这是命题者所期望的回答。然而，根据图2-1所示的数学模型，相对湿度过低将使蝗虫的产卵量减少。在题目情境下，考生无法判断干旱的气候对相对湿度的影响到底有多大，因此会干扰考生答题。
图2-1
图2-2