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生物學模型簡介 生物學模型建構篇一

【知識與技能目標】學會制作臨時裝片的基本方法，能夠使用顯微鏡觀察自己制作的臨時裝片，認識并闡明植物細胞的基本結構。

【過程與方法目標】通過動手操作、分組實驗以及小組學習交流等方式，掌握用顯微鏡觀察裝片的技能以及植物細胞的相關知識。

【情感態(tài)度與價值觀目標】培養(yǎng)動手操作能力，以及對于生物學科的興趣。

二、教學重難點

【教學重點】制作臨時裝片，歸納植物細胞結構。

【教學難點】以膽大心細的心態(tài)和實事求是的科學態(tài)度，練習使用顯微鏡觀察并辨別植物細胞的結構。

三、教法學法

啟發(fā)法、講授法、實驗法

四、教學準備

學生預習，自愿準備感興趣可觀察的植物材料，如：洋蔥、成熟的番茄、黃瓜、西瓜、蘋果等。鑷子、刀片、滴管、紗布、吸水紙、載玻片、蓋玻片、顯微鏡等。

五、教學過程

環(huán)節(jié)一：創(chuàng)設情境，導入新課

邀請學生展示各自準備的生物材料，并且對于材料做以適當?shù)恼f明從而激發(fā)他們的研究興趣和探究欲望。

其次請學生使用顯微鏡，并請有關學生糾正其中容易出錯或者操作注意要點。從而復習、鞏固上節(jié)課學習內容，為本節(jié)課做鋪墊。最后，教師通過顯微鏡的使用與再次的學習，由顯微鏡的用途引出本節(jié)課的學習。

環(huán)節(jié)二：自主探究，新課教學：

由顯微鏡的用途，提出問題：學會操作顯微鏡是為了利用它看到微觀生命世界，那么是否可以直接把一個洋蔥或者黃瓜放到顯微鏡下，就能看到起內部結構呢?引發(fā)學生思考。最終引出用顯微鏡觀察材料需要做哪些前期準備以及材料的特點。其次通過多媒體的形式展示各種不同玻片的標片，讓學生更加了解到制作標片的必要和基本形式。

由教師介紹制片所需要的一些材料用途和用法，簡單介紹一下在制片過程中牽涉到的一些陌生的名詞和過程。在學生大致了解制片基本的一些知識基礎上，提出一些問題，讓學生帶著問題，思考并觀察老師制片，以及選擇一兩名學生跟隨著操作，同時，隨時依據(jù)所提出的問題，適時的停頓，一一對疑惑加以解決。所提問題依次是：①擦拭載玻片和蓋玻片的目的?若擦拭不凈，后果如何?②滴清水的量如何掌握?水量過多過少對實驗有何影響?③取材的部位、方法、大小?④蓋蓋玻片的方法、原因(即目的或避免出現(xiàn)的不利影響)⑤滴染色劑的位置、數(shù)量?⑥吸引染液的方法?最后，組織學生開始自主來制作臨時裝片，對于剛學習的方法加以及時鞏固，老師則在其中不斷巡視加以指導糾正。

在學生學會制備臨時裝片之后，組織學生用顯微鏡來初步觀察一下自己所制備的玻片的效果。同時，老師通過細胞結構的彩色掛圖、模型引導學生正確認識細胞的結構。在此基礎上，老師先給學生以標準的玻片，組織學生通過顯微鏡來觀察植物細胞的各個結構，學會辨別各個細胞以及其結構上的特點。同時，邀請學生通過自己的語言來描述各個細胞結構的特點，其他學生補充，最后老師總結。在觀察了多種植物細胞的臨時裝片后，討論、歸納、總結出植物細胞共同具有的主要結構，體會細胞的整體性。并適當聯(lián)系日常生活實際，感知細胞液里含有的物質。最后要求學生根據(jù)自己觀察到的物像，跟隨老師的講解和示范，繪圖。注意把握繪圖要領。同時，作為教師則通過邊講解生物圖的畫法和注意事項，邊在黑板上畫板圖示范。

組織學生觀察自己制作的玻片，檢查制片效果，以及是否能找出相關的細胞結構。分析制片過程中的不足和以后需要注意的地方。

環(huán)節(jié)三：鞏固提高，小節(jié)作業(yè)：

組織學生集中討論課后的練習題，也可在制片、觀察過程中留意各種情況的出現(xiàn)，及時思考、嘗試處理，再討論交流，總結。

生物學模型簡介 生物學模型建構篇二

氯霉素的加入可以抑制翻譯的進行，氯霉素的含量增加，會導致細菌的增長速度減慢，與此同時，翻譯雖然停滯了，但轉錄仍然在進行，因此 rna 的含量在不斷增加。因此看到的效果是，rna 的含量與增長速率之間負的相關關系。

圖 1 ：q，p，r 三組分模型示意圖，對翻譯的抑制會導致細胞增殖速率的降低。

由此則可以得到第二個關系：\lambda =\kappa_n (r_{max}-r)。

其中的 \lambda 是細胞增殖速率，而 \kappa_n 是另一個與增殖速率成正比的常數(shù)，\kappa_n 表現(xiàn)了細菌對營養(yǎng)物質的吸收和利用能力，而這里的 r_{max} 是最極端情況下，與細菌增殖有關的 rna 與蛋白質的比值。

下面回到前面提出的三組分模型，前面已經(jīng)約定與細菌增殖無關的固定組分記為 q， 與細菌增殖有關的 rna 含量為 r，與細菌增殖有關的蛋白質含量為 p，他們占全體細胞的分數(shù)分別記為：\phi_q,\phi_r,\phi_p，它們之間有歸一化關系：\phi_q + \phi_r + \phi_p = 1。

在第二個關系中，引入 r_{max} 描述某種最極端情況下 rna 與蛋白質的比值，這種情況下，與分裂有關的蛋白質含量很低，因此可以認為：1- \phi_q = \phi_r+\phi_p \approx \phi_r^{max}。

用 \phi_q,\phi_r,\phi_p 來描述前面提到的兩個關系，有：

（1）蛋白質的合成：

（2）營養(yǎng)物質的利用：

經(jīng)過一點點微不足道的簡化，得到了一個特別簡單的線性關系：\lambda\sim\kappa_n\phi_p，這個關系就像歐姆定律那樣簡單。我們把增殖速率 \lambda 可以看做是電壓，現(xiàn)在有兩個并聯(lián)的分支，一個分支上的電阻為 \kappa_t ，另一個分支上電阻為 \kappa_n ，因而可以求出總電流。這可以導出關系：

我們希望用對營養(yǎng)物質的利用和蛋白質合成的速率來表示增殖的速率，即在電路問題中，我們希望用電阻、電流得出電壓的表達式，這個并聯(lián)電路的電壓可以表示為：

這里用到了關系（1），其中的 \lambda_c(\kappa_t) 可以看作是最高的蛋白質合成速率，因為這時對應的是 \phi_r =\phi_r^{max} 時的情形。這里很自然地得到了細菌增殖過程中存在的一個 michaelis-menten 關系。有意思的是，雖然進行的只是一些理論推導，這里得出的結論都有實驗作為支持。

圖 2 ：（a）q，p，r 三組分模型示意圖。（b）細菌增殖過程示意圖，圖中箭頭標出了營養(yǎng)物質的流入，蛋白質合成這兩個關鍵的步驟。

很容易發(fā)現(xiàn)，上面介紹的這一模型實在是忽略了太多的細節(jié)信息。接下來我會介紹一些他們在這一框架下，利用這一模型所分析的某些具體問題。在分析中，每次引入一個新的組分，即把這個三組分模型轉變?yōu)樗慕M分模型用于討論。

（一）非必需蛋白質的表達

圖 3 ：q，p，r，u 四組分模型示意圖。

因為需要執(zhí)行其它生命活動，因此合成的蛋白質并非所有都與增殖有關，因此考慮將從 p 中再分出一類來，用 u 表示與細菌增殖無關的蛋白質的合成。

因為前面已經(jīng)得到了關系：\lambda = \frac{(\phi_r^{max}-\phi_0)\kappa_n\cdot\kappa_t}{\kappa_n+\kappa_t}，在模型增加了一個組分后，這時的計算需要扣除 u 部分的影響，即將其修改為：

這表明一個看起來很顯然的結論，與細菌增殖無關的蛋白質合成的增加會降低細菌的增殖率。事實上，這一結論也可以得到實驗的驗證。

（二）細胞內中的擁擠

圖 4：（a）q，p，r 三組分模型示意圖。（b）三組分模型轉變?yōu)?q，p，rb，t 四組分模型，希望考慮翻譯過程中因為細胞內的擁擠所造成的限速。

在此前的三組分模型中，所有的因素都是線性地起作用的。然而實際細胞內的環(huán)境是非常擁擠的，因為這種擁擠，如果某一反應過程需要「招募」大量的其它大分子，則很有可能這一過程會被擴散的低效率所限制。例如翻譯的過程就涉及到 trna 的擴散等，這些受到擁擠效應影響的分子，將其列作一個新的組分，記為 t，其含量記為 \phi_t。也就是說，將原有的三組分模型中的 rna 部分分成了 rrna （\phi_{rb}）和 trna （\phi_t）兩部分：\phi_r = \phi_{rb}+\phi_t。實驗中觀察到，在翻譯的過程中，通常核糖體與 trna 是一起增長的，二者可以簡單認為存在線性的關系：\phi_t = \alpha \cdot \phi_{rb}。

考慮到擁擠效應對蛋白質的合成的限制，原有的描述蛋白質合成與增殖速率關系的\lambda \sim \kappa_t (\phi_r -\phi_0) 關系一應當做出一些修改：

（a）蛋白質的合成速率應當修改為 trna 含量\phi_t的函數(shù)。 這里的翻譯速率 \kappa_t = \kappa_t^{max}\frac{\phi_t}{\phi_t+\phi_m}，這里的 michaelis-menten 關系描述的就是擁擠效應所產(chǎn)生的影響。

（b）rna 應該細化為具體的 rrna 含量，即應修改為\lambda \sim \kappa_t (\phi_{rb} -\phi_{rb,0})。

再代入關系\phi_t = \alpha \cdot \phi_{rb}，因此在擁擠條件下，細菌的增殖速率可以表示為：

\lambda = \kappa_t^{max}(\phi_{rb} -\phi_{rb,0})\frac{ \phi_{rb}}{\phi_{rb}+\phi_m/\alpha}。

這即為在該種情況下，對前面討論過的關系一的擴展，這一關系同樣可以獲得實驗的驗證。

不難發(fā)現(xiàn)，這里的「推導」都毫無難度，從這樣一個簡單的模型，不難導出許多有意思的結論來，而且這樣一個模型的框架還可以用于分析許多其它因素對細胞增殖的影響，讓人有種忍不住手癢想去推推看的沖動。這樣的工作之所以能發(fā)表在這些頂級的期刊上，一個關鍵的原因就是因為它提供了對復雜生命現(xiàn)象的簡單深刻的理解，而這類研究的關鍵實際上在于理論與實驗的合作。

關于本問題及定量生物學的更多參考材料見：

生物學模型簡介 生物學模型建構篇三

一、教學目標

1.闡明群落的演替過程。

2.說明人類活動對群落演替的影響。

3.關注我國實行退耕還林、還草、還湖，退牧還草的政策。

二、教學重點和難點

群落的演替過程。

三、教學策略

本節(jié)應緊緊抓住“動態(tài)發(fā)展觀”實施教學。如果說群落的結構可從橫向進行剖析，是現(xiàn)時性的，那么在群落的演替中，教學要用歷史性的眼光，從縱向進行尋蹤。群落是一個動態(tài)系統(tǒng)，它時時刻刻都在發(fā)生著生物與生物之間、生物與環(huán)境之間的相互作用。在正常情況下，大多數(shù)群落中物種結構相對穩(wěn)定。但是，當群落結構受到干擾或破壞，一些種群消失了以后，總會有其他一些種群來占據(jù)這個群落的空間，經(jīng)過一段時間，又會有另一些種群興起，逐漸取得優(yōu)勢。群落演替是一個長期的過程，總是向著群落恢復相對穩(wěn)定狀態(tài)的方向進行。

有條件的學校，在進行“問題探討”內容的教學時，可以讓學生觀看錄像資料片(或類似題材)，引發(fā)學生思考。事實上，學生對群落演替的現(xiàn)象并不陌生，只是沒有建立起概念與現(xiàn)象之間的聯(lián)系。在教學中教師應盡可能從學生熟悉的事例出發(fā)，引導出群落演替的各個階段。值得注意的是，要始終圍繞著生物之間、生物與環(huán)境之間的聯(lián)系與相互作用，以動態(tài)發(fā)展觀引發(fā)學生對演替的本質進行思考。

“棄耕農(nóng)田上的演替”的教學可以讓學生與“發(fā)生在裸巖上的演替”過程相比較，分析共同點與不同點。提示學生思考：農(nóng)田是人類對自然群落進行改造的產(chǎn)物，在農(nóng)田上群落的演替能否恢復為原有的自然群落呢?在學習了這兩種演替類型后，教師引出“初生演替”與“次生演替”的概念，學生就比較容易理解。

關于“人類活動對群落演替的影響”的教學，教材中提供了“踐踏對草地群落的影響”的素材，意在從貼近學生生活經(jīng)驗的事例展開教學。“走的人多了就成了路”，這是一個在日常生活中極為常見的事例，但人們未必從群落演替的角度思考過。教學要在“熟悉的，未必是知道的”題目上做文章，培養(yǎng)學生觀察現(xiàn)象、發(fā)現(xiàn)問題的能力。建議有條件的學校，讓學生在野外進行實地考察，然后在課堂中組織討論。

實地觀察時，提示學生根據(jù)踩踏情況，將雜草進行分類：經(jīng)常被踩踏的地方的種類;輕微被踩踏的地方的種類;不太被踩踏的地方的種類。要作較長期的觀察，將觀察的情況列表記錄，必要時將觀察到的情況繪圖，或用拍攝照片方式進行記錄。觀察時要注意：

雜草的種類;

莖稈高度和長勢;

生長的密度和植物蔓延的方向;

周圍樹木生長等其他的情況;

可挖出一些草本植株，觀察其根的形態(tài)。

在討論的基礎上，進一步提出相關資料(也可讓學生舉例)分析人類活動對草原、森林、水域生物群落的影響。在分析中要把握：(1)人類活動往往是有目的、有意識地進行的，可以對生物之間、人類與其他生物之間以及生物與環(huán)境之間的相互關系加以控制，甚至可以改造或重建起新的關系;

(2)人類可以砍伐森林、填湖造地、捕殺動物，也可以封山育林、治理沙漠、管理草原。人類活動往往會使群落演替按照不同于自然演替的速度和方向進行。

生物學模型簡介 生物學模型建構篇四

一、教材分析

本節(jié)課以必修第一冊中《減數(shù)分裂和有性生殖細胞的形成》和第二冊中《遺傳的基本規(guī)律》為基礎，從學生感興趣的人類遺傳病引入，討論：紅綠色盲和抗維生素d佝僂病這兩種遺傳病為什么在遺傳表現(xiàn)上總是和性別相聯(lián)系，為什么在遺傳表現(xiàn)上與性別關聯(lián)的表現(xiàn)又不相同。伴性遺傳有什么特點。伴性遺傳規(guī)律在生產(chǎn)實踐中的其它應用。

二、教學目標

1.知識目標

(1)通過紅綠色盲的調查培養(yǎng)學生收集、處理信息的能力

(2)通過探究活動培養(yǎng)學生運用已有知識進行分析、提出假設、設法求證的科學探究能力。

(3)能夠推理出紅綠色盲遺傳的規(guī)律，提高縝密的思維能力。

2.能力目標

(1)探索伴性遺傳方式的本質規(guī)律，掌握科學研究的一般方法，應用人類遺傳學研究中生物統(tǒng)計的方法。

(2)通過分工推理出紅綠色盲遺傳的規(guī)律，提高善于與他人合作與溝通的工作能力，提高研究效率。

3.情感、態(tài)度和價值觀目標

(1)通過伴性遺傳的故事激發(fā)學習生命科學的興趣。

(2)通過探究過程的體驗培養(yǎng)嚴謹?shù)目茖W態(tài)度。

(3)如何面對伴性遺傳疾病，培養(yǎng)正確地人生觀、價值觀，融入生命教育。

(4)喚起發(fā)現(xiàn)人類遺傳病、探索遺傳病治療方法的社會責任。

三、教學重難點

1、重點：伴性遺傳的特點

2、難點：分析人類紅綠色盲的主要婚配方式及其遺傳的規(guī)律

四、學情分析

學生在前面已學過減數(shù)分裂和基因與染色體的關系，已經(jīng)掌握基因分離規(guī)律和自由組合規(guī)律。在已有知識基礎上，通過紅綠色盲的調查活動及結合課堂的探究活動，對伴性遺傳現(xiàn)象進行分析和總結。

五、教學方法

采用探究、討論模式結合、啟發(fā)誘導、設問答疑的教學方法。

六、教學用具：多媒體課件

生物學模型簡介 生物學模型建構篇五

一.教材分析

“生物膜的流動鑲嵌模型”一節(jié)主要包括：對生物膜結構的探索歷程和生物膜的流動鑲嵌模型的基本內容兩大部分，與第一節(jié)“物質跨膜運輸?shù)膶嵗彼从车纳锬ξ镔|的進出控制具有選擇性等知識有一定的聯(lián)系，并對第三節(jié)學習“物質跨膜運輸?shù)姆绞健弊髁酥R準備，對整個章節(jié)的知識起到了承上啟下的作用。本節(jié)的教學思路是：在教學過程中，通過積極引導學生觀察并分析實驗現(xiàn)象，大膽提出實驗假設，讓學生宛如親歷科學家探索科學的歷程，切身感受科學的魅力，保持強烈的探究科學的激情和興趣，自然地接受流動鑲嵌模型的理論。

二.學情分析：

(1)學生已經(jīng)了解了細胞，知道了組成細胞的分子，掌握了細胞的基本結構，尤其是細胞膜作為最基本生命系統(tǒng)的邊界等相關知識，為本節(jié)知識的學習奠定了基礎。

(2)高中學生具備了一定的觀察和認知能力，分析思維的目的性、連續(xù)性和邏輯性也已初步建立，但還很不完善，對事物的探索好奇，又往往具有盲目性，缺乏目的性，并對探索科學的過程與方法及結論的形成缺乏理性的思考。

三|、教學目標

1.知識與技能

(1)簡述生物膜的流動鑲嵌模型的基本內容。

(2)舉例說明生物膜具有的流動性的特點。

(3)通過分析科學家建立生物膜模型的過程闡述科學發(fā)展的一般規(guī)律。

2.過程與方法

(1)分析科學家建立生物膜結構模型過程，嘗試提出問題，大膽作出假設。

(2)發(fā)揮空間想象能力，構建細胞膜的空間立體結構。

3.情感、態(tài)度和價值觀

(1)使學生樹立生物結構與功能相適應的生物學辯證觀點。

(2)培養(yǎng)學生嚴謹?shù)耐评砗痛竽懴胂竽芰Α?/p>

(3)認識到技術的發(fā)展在科學研究中的作用，尊重科學且用發(fā)展的觀點看待科學、樹立辯證的科學觀。

四、教學重點

1.科學家對生物膜結構的探索歷程。

2.生物膜的流動鑲嵌模型學說的基本內容。

五、教學難點

1.對科學探究過程的分析，如何體現(xiàn)生物膜的結構與功能相統(tǒng)一。

2.生物膜的空間立體結構。

3.生物膜的流動性特點。

六、教學流程

設問引入→“問題探討”→體驗“生物膜結構的探索歷程”→闡述“流動鑲嵌模型的基本內容”。

七.教學實施的程序

教學過程

教師組織和引導

學生活動

教學意圖

創(chuàng)設探究

導入新課

新課學習

設問：從物質跨膜運輸?shù)膶嵗梢钥闯錾锬さ墓δ苁鞘裁?其功能特性是什么?為什么生物膜表現(xiàn)出這樣的特性?

進一步思考：還有更好的材料做細胞膜嗎?

引出本節(jié)內容生物膜的具體結構

創(chuàng)設情境：

時間回到一百多年前的十九世紀末，讓學生思考如果他們是當時的科學家，他們首先會怎樣來探究?同時指出，限于當時的技術條件，還不能親眼看到生物膜。那么，通過什么辦法進行第一步的探究呢?引導學生看教材，讓學生明白當時科學家是從生理功能入手來探究的。通過實驗觀察，科學家才有嚴謹?shù)耐评恚岢瞿な怯芍|組成這一假說，提示學生：科學探究過程中作出假設后的步驟是什么(通過實驗來驗證假設)，從而進入下面的學習，由于技術的進步，對細胞膜提取和分離，并通過化學分析表明膜的成分是脂質和蛋白質，從而證明了前面的假說是正確的。

引導學生思考在驗證假設的實驗得出結論后的下一個步驟是什么?

小組分享學生繪制的細胞亞顯微結構模型圖，討論細胞膜的選材

討論交流，體會結構與功能相適應的生物學觀點

閱讀教材，猜想、討論

思考如果他們是當時的科學家對膜的成分是脂質和蛋白質會提出什么新的問題進一步探究呢?

引起學生對生物膜結構探究的興趣

用科學探究的一般方法來探究新課的內容，并加深對科學探究的一般過程的了解

了解假說是怎樣提出的，以及提出假設后需要通過觀察和實驗進一步驗證和完善

學會運用科學探究的一般方法

新課學習

新課學習

總結提高 課堂練習

介紹脂質的探究，先介紹科學家的實驗，提取紅細胞的脂質，在空氣—水界面上鋪展成單分子層，測得單分子層的面積恰為紅細胞表面積的2倍，同時介紹磷脂的結構，并舉例說明在空氣—水界面上鋪展成單分子層這個現(xiàn)象。

介紹蛋白質的探究，先介紹由于技術的進步，科學家可以用電子顯微鏡來觀察細胞膜，提出蛋白質—脂質—蛋白質的模型，但這一模型將生物膜描述為靜態(tài)的結構。引導學生思考變形蟲為什么可以運動，這一功能與生物膜的靜態(tài)的結構相適應嗎?

質疑：這一模型解釋不了膜的許多生理功能，如變形蟲的變形運動等，因此這一模型的提出不能完全與功能統(tǒng)一，假設不完全成立，需要進一步的實驗來完善，由于技術的不斷進步，科學家發(fā)現(xiàn)，膜蛋白并不是全部平鋪在脂質表面，有的蛋白質是鑲嵌在脂質雙分子層中。并通過實驗證明了細胞膜具有流動性。引導學生總結在探究出生物膜的流動鑲嵌模型中，運用的方法：提出問題，作出假設，進一步驗證完善，不斷發(fā)展。

說明流動鑲嵌模型的基本內容。指導學生在了解生物膜流動鑲嵌模型的基礎上，進一步思考和想象，加深對流動鑲嵌模型內容的理解，同時，了解生物膜流動鑲嵌模型的進一步發(fā)展。

最后，歸納總結知識、方法、態(tài)度價值觀的體會

傾聽，思考單分子層的面積恰為紅細胞表面積的2倍這個現(xiàn)象說明了什么?

閱讀教材資料，思考變形蟲為什么可以運動，這一功能與生物膜的靜態(tài)的結構是否相適應?

閱讀教材資料，了解膜的流動性

小組合作嘗試構建生物膜模型，并交流分享

學生交流分享本節(jié)收獲

反饋練習

學會提出假說

結構與功能相統(tǒng)一的觀點

了解技術進步對科學研究發(fā)展的作用

加深對流動性這一結構的理解為第三節(jié)的學習作準備