在現代生命科學研究中，模型和模型方法起著越來越突出的作用。學會建立合理的模型并運用相關的模型方法進行科學研究，已成為現代高中學生必備的科學素養。為了適應不斷發展的現代科學教育的要求，我國在《普通高中生物課程標準（實驗）》課程設計思路中明確提出：幫助學生“領悟假說演繹、建立模型等科學方法及其在科學研究中的應用”、“領悟系統分析、建立數學模型等科學方法及其在科學研究中的應用”。
1 模型和模型方法的基本含義
1．1 模型
所謂“模型”，是指人們為了某種特定目的，借助于具體的實物或其他形象化的手段或抽象的形式，對認識對象所作的一種簡化的概括性的描述。是對所要研究事物原型的結構形態或運動形態的一種模擬，是事物原型的某個表征和體現，同時又是事物原型的抽象和概括。模型一般不再包括原型的全部特征，但能描述原型的本質特征。在原型的基礎上建立模型的過程是一個從具體到抽象、從實踐上升到理論認識的飛躍。
模型的形式很多，主要包括物理模型、概念模型、數學模型、方法模型等。模型在生物學中的應用相當廣泛。例如，DNA雙螺旋結構模型就是一種物理模型，它形象而概括地反映了所有DNA分子結構的共同特征。又如，通過標志重捕對某一地區內某種動物種群密度進行調查的方法，這是一種典型的方法模型。再如，運用細菌生長曲線圖表或某一方程式表示少數細菌在恒定容積的培養液中數量變化過程，則是典型的數學模型。
1．2 模型方法
模型方法是指通過在基本原型的基礎上建立相關的模型，并運用相應的模型分析解釋生物學現象、揭示生物本質規律特征，研究某種動態生命系統中各種因子之間相互關系等。這是一個從實踐上升到理論認識再從理論認識回到實踐的過程。例如，減數分裂過程中染色體的行為變化是一個比較抽象的內容。由于染色體的聯會、分離及染色單體分離的過程等，都發生于細胞這一微觀世界，必需借顯微鏡才能看到，因而給學生的理解和掌握帶來了很大的困難。才通過建立減數分裂過程中染色體的變化的模型模型，能夠很好地幫助學生對減數分裂分過程中染色體的各種復雜變化產生更為直觀的感性認識，這便是一種模型方法。模型方法的運用不僅可以幫助學生更加準確理解、掌握相關的生物學基本原理，而且能夠幫助學生有效地構建完整的知識結構、掌握相關的生物學研究方法、全面提高學生的綜合科學素養。
2 新課標教材（人教版）有關模型和模型方法的基本內容和要求
新課程標準教材（必修）上有關模型建構的內容，分別出現于思考與討論、技能訓練、模型建構、課外制作等幾個欄目中：
所屬模塊
教材中位置
主要內容
相關欄目
《分子與細胞》
第四章第2節
利用廢舊物品制作生物膜模型
課外制作
第三章第3節
嘗試制作真核細胞的三維結構模型
模型建構
《遺傳與變異》
第二章第1節
建立減數分裂過程中染色體的變化的模型
模型建構
第三章第2節
制作DNA雙螺旋結構模型
模型建構
《穩態與環境》
第一章第1節
構建人體細胞與外界環境的物質交換模型
技能訓練
第二章第2節
建立血糖調節的模型
模型建構
第四章第2節
構建種群增長模型的方法――數學模型
科學方法
第五章第1節
參照下圖所示一般系統的結構模式圖，嘗試畫出生態系統的結構模型
構建模型
第六章第1節
分析人口增長和開墾土地之間的關系模型，對模型進行補充和完善
正文插圖
從內容篇幅來看，教材中與模型及模型方法直接有關的內容不是很多。但是，作為現代生命科學研究不可缺少的重要手段，模型和模型方法很早就已經滲透到生命科學研究的各個環節。例如，《穩態與環境》模塊中第五章第4節安排的制作活動：“設計并制作生態缸，觀察其穩定性”，盡管其中沒有直接提及模型或模型方法，但這一活動其實質就是一個建構模型的探究活動。再例如，《穩態與環境》模塊第五章第1節要求“參照下圖所示一般系統的結構模式圖，嘗試畫出生態系統的結構模型”的內容，雖然在教材中也沒有明確說明是模型建構，但其實質也是幫助學生學會運用模型和模型方法分析并解決具體問題的一次探究活動。
3 模型、模型方法與學生能力的培養
構建模型給我們提供了一種認識和研究生命現象的思路、角度和方法。模型方法作為一種特定的思維方法和行為方式，一旦被學生所掌握和運用用，不僅有利于學生形成系統的科學認知觀，全面提高學生的綜合科學素養，而且，通過親身體驗科學探索與發現的活動，學生更加愿意主動地去思考、探索，最終在不知不覺中,就領略到生物學知識的真諦。
3．1 動手制作形象的物理模型以培養學生動手能力和形象思維能力
各種物理模型都具有一定的形態結構特征，它是人們在思維中通過對生物原型的簡化和純化而構思出來的。但是構建模型的過程本質上也是一個艱苦的探索、發現的過程，它需要嚴謹、誠實的科學態度。因而，通過學生自己動手制作形象的物理模型，不僅能夠培養學生的形象思維能力和動手能力，而且有利于學生養成嚴謹的、實事求是的科學態度。
例如，《遺傳與變異》模塊第三章第2節中的“制作DNA雙螺旋結構模型”。學生在自選材料并嘗試制作DNA雙螺旋結構模型的活動中，首先要求他們將復雜的DNA雙螺旋結構這一原型客體加以簡化和純化，再逐步從抽象過渡到具體，最終構建一個能反映DNA雙螺旋結構本質特征的模型。由于模型的構建能使DNA分子更加直觀化，所以通過這一活動，不僅能夠培養和提高學生的動手能力，同時也有利于培養和發展學生的形象思維能力。此外，在學生體驗到對探究活動成功后的喜悅感、自豪感的同時，還有利于激了發起學生的學習興趣，進而產生良好的學習動機。
3．2 構建抽象的概念模型培養學生分析和解決問題的抽象思維能力
以抽象思維方法構建的模型，是人們抽象出生物原型某方面的本質屬性而構思出來的，例如“建立血糖調節的模型”。血糖平衡的調節是一個重要但比較抽象的教學內容。如果僅僅由教師以講述的方式告訴學生們有關內容，學生是很難真正理解的。因此，在學習了血糖平衡調節的原理的基礎上，通過“建立血糖調節的模型”活動，引導學生結合已有的知識儲備和生活經驗主動地思考、討論、建構模型，并嘗試探索運用所建構的模型理論解釋生活中的具體問題。這樣不僅可以幫助學生更好地理解人體內是如何對血糖含量進行調節的，并在此基礎上理解體內激素如何對生命活動進行調節；同時，也力圖引導學生初步了解建構模型，尤其是概念模型的基本方法和意義；而且培養了學生創設探究情境，認真觀察、分析、判斷的思維能力以及設計和完成實驗的能力。
3．3 構建數學模型培養學生對生物學現象和規律的綜合性分析探究能力
在科學研究中，數學模型是發現問題、解決問題和探索新規律的有效途徑之一。數學模型在生物學中也越來越表現出強大的生命力，它通過建立可以表述生命系統發展狀況等的數學系統，對生命現象進行量化，以數量關系描述生命現象，再運用邏輯推理、求解和運算等達到對生命現象進行研究的目的。引導學生建構數學模型，有利于培養學生透過現象揭示本質的洞察能力；同時，通過科學與數學的整合，有利于培養學生簡約、嚴密的思維品質，提高其綜合性分析探究的能力。
例如，在《穩態與環境》模塊第四章第2節“構建種群增長模型的方法――數學模型”部分，《普通高中生物課程標準》對這一內容的相關要求是“嘗試建立數學模型解釋種群的數量變動”。該條內容標準的含義有兩層：第一，“嘗試建立數學模型”屬模仿性技能目標，旨在通過原形示范（細菌的數量增長）和具體指導，學生能完成建立數學模型；其二，“解釋種群的數量變動”屬理解水平的知識目標，旨在把握數學模型（抽象）與種群的數量變動（具體）之間的內在邏輯聯系。教材中結合“問題探討”的素材，介紹了建立數學模型的一般步驟。第一步，觀察研究對象是為了發現問題，探索規律，“細菌每20 min分裂一次”便是通過大量觀察和實驗得出的規律。這是建立數學模型的基礎，在這一基礎上運用數學方法將生物學問題轉化為數學問題。生命現象往往不是以數學化的形式出現，這就需要善于從具體現象中抓住其數學本質。第二步，合理提出假設是數學模型成立的前提條件，假設不同，所建立的數學模型也不相同。第三步，運用數學語言進行表達，即數學模型的表達形式。第四步是對模型進行檢驗和修正。在理想狀態下細菌種群數量增長的數學模型是比較簡單的，而生物學中大量現象與規律是極為復雜的，存在著許多不確定因素和例外的現象，需要通過大量實驗或觀察，對模型進行檢驗和修正。以上建立具體數學模型的過程，就是一個從具體的生物現象與規律建立抽象的數學模型，又用抽象的數學模型來解釋具體的生物學現象與規律的過程。在這一過程中學生學會了從現象中揭示出本質和規律，同時學會運用恰當的數學模型表達某些生物學規律的創造性思維方法。
4 結束語
作為現代科學認識手段和思維方法，模型同時兼有具體化和抽象化的含義。在模型思維中，從特定的原型出發，根據某一特定目的，抓住原型的本質特征，建構一個能反映原型本質聯系的模型，并進而通過模型解釋生命現象、揭示生命規律。在新課程改革中突出模型和模型方法，不僅能夠讓學生于探索科學現象的樂趣中發現科學規律，培養和提高學生觀察、實驗、分析和解決問題的能力，形成正確的對待科學問題的觀點和態度。同時還能幫助學生在領略科學知識的真諦的同時，更深入地掌握運用和探究生物學知識所必需的思維方法和探究能力。
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