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适用于新高考新教材2024版高考生物二轮复习生物学关键能力专项专项2模型建构课件
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这是一份适用于新高考新教材2024版高考生物二轮复习生物学关键能力专项专项2模型建构课件，共27页。PPT课件主要包含了建构概念模型，模型建构，建构物理模型，BCD，建构数学模型等内容，欢迎下载使用。
[命题方向]生物模型的分析与建构是课程标准的重要能力要求,这几年的高考试题也充分说明了这一点,几乎每份高考考卷都有生物模型的分析或建构。通过概念图解、生物结构图解、生物过程图解等概念模型或物理模型的分析与建构,能较好地考查考生分析、获取与处理信息的能力。
[解题方略]模型是人们为了某种特定目的而对认识对象所作出的一种简化的、概括性的描述,这种描述可以是定性的,也是可以是定量的,有的借助具体的、形象化的实物,有的则以抽象化的形式表现出来,它没有包括原型的所有特征,但是能反映出原型的本质特征。在生物学教学中,模型建构就是指用一定的物质形式或思维形式建构生物模型,使得生物事实直观化、简单化,帮助学生理解和建构概念,也为学生认识事物提供新的思路和方法。模型的形式很多,主要包括物理模型、概念模型和数学模型。模型建构作为一种科学研究方法在人教版教材中介绍给学生。模型建构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。
模型具有三个基本特点:①是对实际对象的模仿和抽象;②组成体现认识对象系统中的主要因素;③反映主要因素之间的关系。
概念模型是指用文字、图线和符号将有联系的名词或过程连接起来,将生命现象和活动规律阐明清楚的一种较为抽象的模型,可使生物概念系统化、条理化以及层次分明, 体现知识的网络构架。高考的许多题型是以知识树的模式图来考查学生对生物概念的掌握情况,而且在必修课本的复习与提高中也有画概念图的要求。建构概念模型的一般流程:(1)根据题干信息厘清概念之间的关系;(2)利用逻辑思维画出初步关系图并建立连接,标明概念之间的关系;(3)修改和完善。
例1 (2021·山东卷,2)液泡是植物细胞中储存Ca2+的主要细胞器,液泡膜上的H+焦磷酸酶可利用水解无机焦磷酸释放的能量跨膜运输H+,建立液泡膜两侧的H+浓度梯度。该浓度梯度驱动H+通过液泡膜上的载体蛋白CAX完成跨膜运输,从而使Ca2+以与H+相反的方向同时通过CAX进入液泡并储存。下列说法错误的是( )A.Ca2+通过CAX的跨膜运输方式属于协助扩散B.Ca2+通过CAX的运输有利于植物细胞保持坚挺C.加入H+焦磷酸酶抑制剂,Ca2+通过CAX的运输速率变慢D.H+从细胞质基质转运到液泡的跨膜运输方式属于主动运输
模型建构对题目关键信息进行分类、排序,建立逻辑关系:液泡是植物细胞中储存Ca2+的主要细胞器,即Ca2+主要在液泡中;液泡膜上的H+焦磷酸酶利用水解无机焦磷酸释放的能量跨膜运输H+,建立液泡膜两侧的H+浓度梯度,该浓度梯度驱动H+通过液泡膜上的载体蛋白CAX完成跨膜运输,从而使Ca2+以与H+相反的方向同时通过CAX进入液泡并储存,即H+进入液泡的过程需要能量,液泡内H+浓度大于细胞质基质中的H+浓度,Ca2+与H+均可通过CAX运输,且方向相反。
根据以上信息建构一个概念模型,如下:据模型可判断:H+逆浓度梯度进入液泡,为主动运输过程;H+出液泡是顺浓度梯度,为协助扩散过程;Ca2+借助H+的势能通过CAX转运进入液泡,为主动运输过程。
1.(2023·山东济南一模)“缺氧诱导因子”(HIF)由HIF-1α和ARNT两种蛋白质组成,HIF诱导产生的基因产物可促进促红细胞生成素的合成、血管增生,以适应低氧环境。ARNT基因不受氧调节且稳定表达。当O2充足时,HIF-1α被降解;当O2缺乏时,HIF-1α在细胞内积聚,并进入细胞核与ARNT形成HIF。下列叙述错误的是( )A.细胞合成HIF-1α和ARNT时均产生H2OB.ARNT进入细胞核与O2进入细胞的方式相同C.HIF感受O2含量变化的关键因子是HIF-1αD.人从平原进入高原,短期内细胞核中的HIF含量升高
对题目关键信息进行分类、排序,建立逻辑关系,根据获取的信息,建构一个概念模型,如下:
根据上述概念模型进行推理分析:HIF-1α和ARNT的化学本质都是蛋白质,由氨基酸脱水缩合形成,故细胞合成HIF-1α和ARNT时均产生H2O,A项正确。ARNT进入细胞核是通过核孔,O2进入细胞的方式是自由扩散,B项错误。HIF由HIF-1α和ARNT组成,其中ARNT基因不受氧调节且稳定表达, HIF-1α对O2敏感,故HIF-1α是HIF感受O2含量变化的关键因子,C项正确。与平原相比,高原O2含量较少,HIF-1α在细胞内积聚,并进入细胞核与ARNT形成HIF,短期内细胞核中的HIF含量升高,D项正确。
物理模型是利用相似原理,以实物或图画的形式把真实事物按比例放大或缩小制成的模型,直观地表达认识对象的特征,其状态变化和原事物基本相同。在进行物理模型的建构过程中,将教材中与认识对象相关的间接经验转化为实体模型,并对模型进行多元评价和修正,有效地丰富了生物学知识的直接经验,同时锻炼了逻辑推理能力、辩证思维和文字表达能力,推进高阶思维的发展,达到深度学习的目的。建构物理模型的一般流程:(1)了解建构模型的基本构造;(2)制作模型建构的基本原件(单位);(3)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;(5)检验与修正。
例2 (多选)(2022·山东卷,16)在有氧呼吸第三阶段,线粒体基质中的还原型辅酶脱去氢并释放电子,电子经线粒体内膜最终传递给O2,电子传递过程中释放的能量驱动H+从线粒体基质移至内外膜间隙中,随后H+经ATP合酶返回线粒体基质并促使ATP合成,然后与接受了电子的O2结合生成水。为研究短时低温对该阶段的影响,将长势相同的黄瓜幼苗在不同条件下处理,分组情况及结果如图所示。已知DNP可使H+进入线粒体基质时不经过ATP合酶。下列相关说法正确的是( )A.4 ℃时线粒体内膜上的电子传递受阻B.与25 ℃时相比,4 ℃时有氧呼吸产热多C.与25 ℃时相比,4 ℃时有氧呼吸消耗葡萄糖的量多D.DNP导致线粒体内外膜间隙中H+浓度降低,生成的ATP减少
模型建构读懂题干中有氧呼吸第三阶段的详细过程并将其图示化,即建立物理模型是解决该题的关键环节。根据题干信息可以建立如下物理模型:
根据建构的物理模型与题目信息进行推理分析:NDP可使H+进入线粒体基质时不经过ATP合酶,即NDP可抑制ATP的合成。与25 ℃时相比,4 ℃时耗氧量增加,有氧呼吸第三阶段增强,故线粒体内膜上的电子传递过程未受阻,A项错误。与25 ℃时相比,短时间4 ℃处理,耗氧量较多,ATP生成量较少,说明4 ℃时有氧呼吸消耗葡萄糖的量多,释放的能量较多的用于产热, B、C两项正确。DNP可使H+不经ATP合酶返回线粒体基质中,会使线粒体内外膜间隙中H+浓度降低,ATP合成减少, D项正确。
2.(2023·山东济宁二模)某些突触后膜上有NMDA与AMPA两种谷氨酸(Glu)受体,其中NMDA被Mg2+阻塞。当突触前膜释放少量Glu时,突触后膜上Na+经AMPA内流,产生兴奋;当突触前膜释放较多Glu时,更多Na+流入,Mg2+被移出NMDA,Ca2+与Na+同时经NMDA内流,Ca2+浓度升高导致突触后膜上AMPA的数量与活性提高,可形成长期增益效应(LTP)。下列叙述错误的是( )A.LTP通过负反馈过程调节Na+内流的数量B.Glu既可用于合成蛋白质,又可传递信息C.降低组织液中的Ca2+浓度不利于LTP的形成D.突触后膜内正电位增大有利于Mg2+移出NMDA
根据题目信息,建构如下物理模型:
根据物理模型推理分析:Na+内流增多会使Mg2+被移出NMDA,Ca2+与Na+经NMDA内流,使Ca2+浓度升高,Ca2+浓度升高导致突触后膜上AMPA的数量与活性提高,AMPA能协助Na+内流,使Na+内流进一步增多,该过程属于正反馈调节,降低组织液中的Ca2+浓度不利于LTP的形成,A项错误,C项正确。由题意可知,Glu是谷氨酸,谷氨酸既可作为蛋白质合成的原料用于合成蛋白质,又可作为神经递质传递信息,B项正确。当突触前膜释放较多Glu时,更多Na+流入,Mg2+被移出NMDA,Na+属于阳离子,带正电荷,据此推测突触后膜内正电位增大有利于Mg2+移出NMDA,D项正确。
数学模型是运用数理逻辑方法和数学语言,以图表、函数、公式及符号等数学形式真实系统地揭示事物的本质特征、数量关系和变化规律等。借助数学模型解决生物学问题,可以将复杂问题简单化,抓住问题的关键影响因素,获得事物发展的一般规律。建构数学模型的一般流程:(1)观察研究对象,提出问题;(2)提出模型假设;(3)根据实验数据,建构模型;(4)进一步观察,修正模型。
例3 (2021·全国卷Ⅰ,6)某种二倍体植物的n个不同性状由n对独立遗传的基因控制(杂合子表现显性性状)。已知植株A的n对基因均杂合。理论上,下列说法错误的是( )A.植株A的测交子代会出现2n种不同表型的个体B.n越大,植株A测交子代中不同表型个体数目彼此之间的差异越大C.植株A测交子代中n对基因均杂合的个体数和纯合子的个体数相等D.n≥2时,植株A的测交子代中杂合子的个体数多于纯合子的个体数
模型建构(1)模型认知与建构。n对相对性状独立遗传的模型如下:
(2)根据模型概括与归纳——测交子代中:①表型的种类为2n——A项正确。②n对基因均杂合的个体所占比例为(1/2)n,纯合子所占比例为(1/2)n,二者相等,即n对基因均杂合的个体数和纯合子的个体数相等——C项正确。③杂合子所占比例=1-纯合子所占比例=1-(1/2)n,n≥2时,1-(1/2)n>(1/2)n,即n≥2时,杂合子的个体数多于纯合子的个体数——D项正确。④不同表型个体数目彼此之间的差异见下表。
从表中看出,植株A的测交子代中不同表型个体数目与n值无关,彼此之间没有差异——B项错误。
3.(2022·山东卷,12)根据所捕获动物占该种群总数的比例可估算种群数量。若在某封闭鱼塘中捕获了1 000条鱼售卖,第2天用相同方法捕获了950条鱼。假设鱼始终保持均匀分布,则该鱼塘中鱼的初始数量约为( )A.2×104条B.4×104条C.6×104条D.8×104条
[命题方向]生物模型的分析与建构是课程标准的重要能力要求,这几年的高考试题也充分说明了这一点,几乎每份高考考卷都有生物模型的分析或建构。通过概念图解、生物结构图解、生物过程图解等概念模型或物理模型的分析与建构,能较好地考查考生分析、获取与处理信息的能力。
[解题方略]模型是人们为了某种特定目的而对认识对象所作出的一种简化的、概括性的描述,这种描述可以是定性的,也是可以是定量的,有的借助具体的、形象化的实物,有的则以抽象化的形式表现出来,它没有包括原型的所有特征,但是能反映出原型的本质特征。在生物学教学中,模型建构就是指用一定的物质形式或思维形式建构生物模型,使得生物事实直观化、简单化,帮助学生理解和建构概念,也为学生认识事物提供新的思路和方法。模型的形式很多,主要包括物理模型、概念模型和数学模型。模型建构作为一种科学研究方法在人教版教材中介绍给学生。模型建构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。
模型具有三个基本特点:①是对实际对象的模仿和抽象;②组成体现认识对象系统中的主要因素;③反映主要因素之间的关系。
概念模型是指用文字、图线和符号将有联系的名词或过程连接起来,将生命现象和活动规律阐明清楚的一种较为抽象的模型,可使生物概念系统化、条理化以及层次分明, 体现知识的网络构架。高考的许多题型是以知识树的模式图来考查学生对生物概念的掌握情况,而且在必修课本的复习与提高中也有画概念图的要求。建构概念模型的一般流程:(1)根据题干信息厘清概念之间的关系;(2)利用逻辑思维画出初步关系图并建立连接,标明概念之间的关系;(3)修改和完善。
例1 (2021·山东卷,2)液泡是植物细胞中储存Ca2+的主要细胞器,液泡膜上的H+焦磷酸酶可利用水解无机焦磷酸释放的能量跨膜运输H+,建立液泡膜两侧的H+浓度梯度。该浓度梯度驱动H+通过液泡膜上的载体蛋白CAX完成跨膜运输,从而使Ca2+以与H+相反的方向同时通过CAX进入液泡并储存。下列说法错误的是( )A.Ca2+通过CAX的跨膜运输方式属于协助扩散B.Ca2+通过CAX的运输有利于植物细胞保持坚挺C.加入H+焦磷酸酶抑制剂,Ca2+通过CAX的运输速率变慢D.H+从细胞质基质转运到液泡的跨膜运输方式属于主动运输
模型建构对题目关键信息进行分类、排序,建立逻辑关系:液泡是植物细胞中储存Ca2+的主要细胞器,即Ca2+主要在液泡中;液泡膜上的H+焦磷酸酶利用水解无机焦磷酸释放的能量跨膜运输H+,建立液泡膜两侧的H+浓度梯度,该浓度梯度驱动H+通过液泡膜上的载体蛋白CAX完成跨膜运输,从而使Ca2+以与H+相反的方向同时通过CAX进入液泡并储存,即H+进入液泡的过程需要能量,液泡内H+浓度大于细胞质基质中的H+浓度,Ca2+与H+均可通过CAX运输,且方向相反。
根据以上信息建构一个概念模型,如下:据模型可判断:H+逆浓度梯度进入液泡,为主动运输过程;H+出液泡是顺浓度梯度,为协助扩散过程;Ca2+借助H+的势能通过CAX转运进入液泡,为主动运输过程。
1.(2023·山东济南一模)“缺氧诱导因子”(HIF)由HIF-1α和ARNT两种蛋白质组成,HIF诱导产生的基因产物可促进促红细胞生成素的合成、血管增生,以适应低氧环境。ARNT基因不受氧调节且稳定表达。当O2充足时,HIF-1α被降解;当O2缺乏时,HIF-1α在细胞内积聚,并进入细胞核与ARNT形成HIF。下列叙述错误的是( )A.细胞合成HIF-1α和ARNT时均产生H2OB.ARNT进入细胞核与O2进入细胞的方式相同C.HIF感受O2含量变化的关键因子是HIF-1αD.人从平原进入高原,短期内细胞核中的HIF含量升高
对题目关键信息进行分类、排序,建立逻辑关系,根据获取的信息,建构一个概念模型,如下:
根据上述概念模型进行推理分析:HIF-1α和ARNT的化学本质都是蛋白质,由氨基酸脱水缩合形成,故细胞合成HIF-1α和ARNT时均产生H2O,A项正确。ARNT进入细胞核是通过核孔,O2进入细胞的方式是自由扩散,B项错误。HIF由HIF-1α和ARNT组成,其中ARNT基因不受氧调节且稳定表达, HIF-1α对O2敏感,故HIF-1α是HIF感受O2含量变化的关键因子,C项正确。与平原相比,高原O2含量较少,HIF-1α在细胞内积聚,并进入细胞核与ARNT形成HIF,短期内细胞核中的HIF含量升高,D项正确。
物理模型是利用相似原理,以实物或图画的形式把真实事物按比例放大或缩小制成的模型,直观地表达认识对象的特征,其状态变化和原事物基本相同。在进行物理模型的建构过程中,将教材中与认识对象相关的间接经验转化为实体模型,并对模型进行多元评价和修正,有效地丰富了生物学知识的直接经验,同时锻炼了逻辑推理能力、辩证思维和文字表达能力,推进高阶思维的发展,达到深度学习的目的。建构物理模型的一般流程:(1)了解建构模型的基本构造;(2)制作模型建构的基本原件(单位);(3)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;(5)检验与修正。
例2 (多选)(2022·山东卷,16)在有氧呼吸第三阶段,线粒体基质中的还原型辅酶脱去氢并释放电子,电子经线粒体内膜最终传递给O2,电子传递过程中释放的能量驱动H+从线粒体基质移至内外膜间隙中,随后H+经ATP合酶返回线粒体基质并促使ATP合成,然后与接受了电子的O2结合生成水。为研究短时低温对该阶段的影响,将长势相同的黄瓜幼苗在不同条件下处理,分组情况及结果如图所示。已知DNP可使H+进入线粒体基质时不经过ATP合酶。下列相关说法正确的是( )A.4 ℃时线粒体内膜上的电子传递受阻B.与25 ℃时相比,4 ℃时有氧呼吸产热多C.与25 ℃时相比,4 ℃时有氧呼吸消耗葡萄糖的量多D.DNP导致线粒体内外膜间隙中H+浓度降低,生成的ATP减少
模型建构读懂题干中有氧呼吸第三阶段的详细过程并将其图示化,即建立物理模型是解决该题的关键环节。根据题干信息可以建立如下物理模型:
根据建构的物理模型与题目信息进行推理分析:NDP可使H+进入线粒体基质时不经过ATP合酶,即NDP可抑制ATP的合成。与25 ℃时相比,4 ℃时耗氧量增加,有氧呼吸第三阶段增强,故线粒体内膜上的电子传递过程未受阻,A项错误。与25 ℃时相比,短时间4 ℃处理,耗氧量较多,ATP生成量较少,说明4 ℃时有氧呼吸消耗葡萄糖的量多,释放的能量较多的用于产热, B、C两项正确。DNP可使H+不经ATP合酶返回线粒体基质中,会使线粒体内外膜间隙中H+浓度降低,ATP合成减少, D项正确。
2.(2023·山东济宁二模)某些突触后膜上有NMDA与AMPA两种谷氨酸(Glu)受体,其中NMDA被Mg2+阻塞。当突触前膜释放少量Glu时,突触后膜上Na+经AMPA内流,产生兴奋;当突触前膜释放较多Glu时,更多Na+流入,Mg2+被移出NMDA,Ca2+与Na+同时经NMDA内流,Ca2+浓度升高导致突触后膜上AMPA的数量与活性提高,可形成长期增益效应(LTP)。下列叙述错误的是( )A.LTP通过负反馈过程调节Na+内流的数量B.Glu既可用于合成蛋白质,又可传递信息C.降低组织液中的Ca2+浓度不利于LTP的形成D.突触后膜内正电位增大有利于Mg2+移出NMDA
根据题目信息,建构如下物理模型:
根据物理模型推理分析:Na+内流增多会使Mg2+被移出NMDA,Ca2+与Na+经NMDA内流,使Ca2+浓度升高,Ca2+浓度升高导致突触后膜上AMPA的数量与活性提高,AMPA能协助Na+内流,使Na+内流进一步增多,该过程属于正反馈调节,降低组织液中的Ca2+浓度不利于LTP的形成,A项错误,C项正确。由题意可知,Glu是谷氨酸,谷氨酸既可作为蛋白质合成的原料用于合成蛋白质,又可作为神经递质传递信息,B项正确。当突触前膜释放较多Glu时,更多Na+流入,Mg2+被移出NMDA,Na+属于阳离子,带正电荷,据此推测突触后膜内正电位增大有利于Mg2+移出NMDA,D项正确。
数学模型是运用数理逻辑方法和数学语言,以图表、函数、公式及符号等数学形式真实系统地揭示事物的本质特征、数量关系和变化规律等。借助数学模型解决生物学问题,可以将复杂问题简单化,抓住问题的关键影响因素,获得事物发展的一般规律。建构数学模型的一般流程:(1)观察研究对象,提出问题;(2)提出模型假设;(3)根据实验数据,建构模型;(4)进一步观察,修正模型。
例3 (2021·全国卷Ⅰ,6)某种二倍体植物的n个不同性状由n对独立遗传的基因控制(杂合子表现显性性状)。已知植株A的n对基因均杂合。理论上,下列说法错误的是( )A.植株A的测交子代会出现2n种不同表型的个体B.n越大,植株A测交子代中不同表型个体数目彼此之间的差异越大C.植株A测交子代中n对基因均杂合的个体数和纯合子的个体数相等D.n≥2时,植株A的测交子代中杂合子的个体数多于纯合子的个体数
模型建构(1)模型认知与建构。n对相对性状独立遗传的模型如下:
(2)根据模型概括与归纳——测交子代中:①表型的种类为2n——A项正确。②n对基因均杂合的个体所占比例为(1/2)n,纯合子所占比例为(1/2)n,二者相等,即n对基因均杂合的个体数和纯合子的个体数相等——C项正确。③杂合子所占比例=1-纯合子所占比例=1-(1/2)n,n≥2时,1-(1/2)n>(1/2)n,即n≥2时,杂合子的个体数多于纯合子的个体数——D项正确。④不同表型个体数目彼此之间的差异见下表。
从表中看出,植株A的测交子代中不同表型个体数目与n值无关,彼此之间没有差异——B项错误。
3.(2022·山东卷,12)根据所捕获动物占该种群总数的比例可估算种群数量。若在某封闭鱼塘中捕获了1 000条鱼售卖,第2天用相同方法捕获了950条鱼。假设鱼始终保持均匀分布,则该鱼塘中鱼的初始数量约为( )A.2×104条B.4×104条C.6×104条D.8×104条
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