模型建構(gòu)在高中生物新課程教學(xué)中的應(yīng)用

　　《普通高中生物課程標(biāo)準(zhǔn)》明確指出：了解建立模型等科學(xué)方法及其在科學(xué)研究中的應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生的建模思維和建模能力。獲得生物學(xué)的基本事實(shí)、概念、原理、規(guī)律、模型等方面的基礎(chǔ)知識(shí)。
　　由此可見，模型教學(xué)在高中生物新課程標(biāo)準(zhǔn)中被提到較高的高度，建模能力被認(rèn)為是將來學(xué)生從事科學(xué)研究的必備能力。所以模型方法實(shí)施的研究不僅符合新課程標(biāo)準(zhǔn)的要求，也是教師適應(yīng)新課程改革的必需。中學(xué)生物學(xué)的教學(xué)應(yīng)努力將模型方法應(yīng)用于課堂教學(xué)之中，以提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和科學(xué)探究能力。
　　
　　一、理論依據(jù)
　　
　　構(gòu)建模型的思想在教育領(lǐng)域的運(yùn)用并不陌生。在皮亞杰和早期布魯納的思想中已經(jīng)有了建構(gòu)的思想，但相對(duì)而言，他們的認(rèn)知學(xué)習(xí)觀主要在于解釋如何使客觀的知識(shí)結(jié)構(gòu)通過個(gè)體與之交換作用而內(nèi)化為認(rèn)知結(jié)構(gòu)。美國視聽教育家戴爾1946年寫了一本書叫《視聽教學(xué)法》，其中提出了“經(jīng)驗(yàn)之塔”的理論，對(duì)經(jīng)驗(yàn)是怎樣得來的做了描述，認(rèn)為經(jīng)驗(yàn)有的是直接方式、有的是間接方式得來的。各種經(jīng)驗(yàn)，大致可根據(jù)抽象程度分為三大類(抽象、觀察和做的經(jīng)驗(yàn))、十個(gè)層次，如圖所示：
　　
　　在十個(gè)層次中，設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)是指通過模型、標(biāo)本等學(xué)習(xí)間接材料獲得的經(jīng)驗(yàn)。模型、標(biāo)本等是通過人工設(shè)計(jì)、仿造的事物，都與真實(shí)事物的大小和復(fù)雜程度有所不同，但在教學(xué)上的應(yīng)用比真實(shí)事物更易于領(lǐng)會(huì)。從經(jīng)驗(yàn)之塔可以看出，寶塔最底層的經(jīng)驗(yàn)最具體，越往上升則越抽象。教育教學(xué)應(yīng)從具體經(jīng)驗(yàn)下手，逐步上升到抽象，有效的學(xué)習(xí)之路就應(yīng)該先充滿具體經(jīng)驗(yàn)。目前我們教育教學(xué)最大的失敗在于使學(xué)生記住許多普通法則和概念時(shí)，沒有具體經(jīng)驗(yàn)作它們的支柱，學(xué)生對(duì)這些法則和概念的理解只能是抽象的，不具體的。因此，要充分理解概念、定理等，最好從做的經(jīng)驗(yàn)開始。模型構(gòu)建是做的經(jīng)驗(yàn)，通過模型構(gòu)建，我們?cè)偃ダ斫飧拍睢⒍ɡ淼染腿菀锥嗔恕?br/>　　
　　二、在生物教學(xué)中進(jìn)行模型建構(gòu)教學(xué)研究的原因
　　
　　從戴爾的經(jīng)驗(yàn)之塔可以看出，模型建構(gòu)更加符合中學(xué)生的認(rèn)知實(shí)際。通過動(dòng)手操作，不但可以獲得做的經(jīng)驗(yàn)。而且還可以將之總結(jié)運(yùn)用，上升到抽象的經(jīng)驗(yàn)，并推廣運(yùn)用，從而使我們的教學(xué)上升到一個(gè)新的臺(tái)階。模型可使研究對(duì)象直觀化、簡約化，使之便于研究；又可以簡略地描述研究成果，使之便于理解和傳播；還可以用于計(jì)算、推導(dǎo)，延伸觀察和實(shí)驗(yàn)結(jié)論等。因此，應(yīng)充分地利用模型資源，使抽象的內(nèi)容具體化，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行探究。
　　生物新課程教材中，不少地方運(yùn)用了模型建構(gòu)的原理或方法介紹了有關(guān)生物學(xué)知識(shí)，如概念圖、概率計(jì)算、樣方調(diào)查、細(xì)胞模型、DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)等等，甚至在生物新課程教材中有一個(gè)專門的知識(shí)鏈接就是模型建構(gòu)。中學(xué)生物學(xué)中的基本概念、規(guī)律相當(dāng)多，許多生物學(xué)術(shù)語概念所反映的原形都是我們用肉眼無法觀察到的或?qū)嶋H操作時(shí)費(fèi)時(shí)費(fèi)力或以目前條件根本無法達(dá)到的，因此模型建構(gòu)教學(xué)將更有助于學(xué)生體驗(yàn)概念的形成和基本規(guī)律的探究過程，從而逐步將所學(xué)新知識(shí)構(gòu)建成完整的知識(shí)體系，使得整個(gè)學(xué)習(xí)過程更加高效。
　　模型建構(gòu)教學(xué)旨在貫徹提高學(xué)生的生物科學(xué)素養(yǎng)，面向全體學(xué)生，倡導(dǎo)探究性學(xué)習(xí)，注重與現(xiàn)實(shí)生活的聯(lián)系等新課程基本理念。注重以學(xué)生為主體，強(qiáng)調(diào)將認(rèn)知及反思過程還給學(xué)生，將參與探究的機(jī)會(huì)還給學(xué)生，將培養(yǎng)主動(dòng)獲取新知識(shí)的能力、批判性思維的能力、分析和解決問題的能力以及交流與合作能力的機(jī)會(huì)還給學(xué)生。這種教學(xué)能充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，培養(yǎng)學(xué)生的思維探究能力，促進(jìn)了學(xué)生之間的交流和合作。無論是從落實(shí)新課程理念的角度，還是從教學(xué)的實(shí)際效果來看，模型建構(gòu)教學(xué)都不失為一種值得提倡的教學(xué)形式。因此加強(qiáng)模型建構(gòu)研究，用于指導(dǎo)生物新課程內(nèi)容的教學(xué)就有極其重要的價(jià)值。
　　
　　三、高中生物教材中常見的模型建構(gòu)的要求
　　
　　生物模型的形式有很多，高中生物教學(xué)中常見的有三種：概念模型、數(shù)學(xué)模型和物理模型。
　　
　　1.概念模型
　　(1)定義：概念模型是對(duì)生物學(xué)中某個(gè)問題或事物進(jìn)行描述。概念模型包括：中心概念、內(nèi)涵、外延。在新課程生物教材中，概念模型通常以概念圖的形式出現(xiàn)，表達(dá)概念之間的相互關(guān)系，體現(xiàn)知識(shí)的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架。通過概念模型的建構(gòu)，有利于對(duì)概念知識(shí)的理解和聯(lián)系。
　　(2)建構(gòu)的一般步驟：①理清概念之間關(guān)系；②畫出初步關(guān)系圖并建立連接；③標(biāo)明概念之間關(guān)系；④修改和完善。
　　(3)新課程教材涉及內(nèi)容：高中生物新課程教材中涉一及概念的內(nèi)容非常多，幾乎每一章、每一節(jié)內(nèi)容都可以用概念圖的形式加以表示，在復(fù)習(xí)時(shí)，還可以將不同章節(jié)的相關(guān)內(nèi)容以概念圖的形式表現(xiàn)出來，以便同學(xué)們形成一定的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，便于對(duì)知識(shí)的理解和復(fù)習(xí)。
　　
　　2.數(shù)學(xué)模型
　　(1)定義：數(shù)學(xué)模型是用來描述一個(gè)系統(tǒng)或它的性質(zhì)的數(shù)學(xué)形式；或者說是為了某種目的，用字母、數(shù)字及其它數(shù)學(xué)符號(hào)建立起來的等式或不等式。
　　(2)建構(gòu)的一般步驟：①觀察研究對(duì)象，提出問題；②提出模型假設(shè)；③根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，建構(gòu)模型；④進(jìn)一步觀察，修正模型。
　　(3)新課程教材涉及內(nèi)容：蛋白質(zhì)的合成分子量和脫水量計(jì)算，蛋白質(zhì)或多肽鏈水解后的某氨基酸數(shù)量，DNA的結(jié)構(gòu)中堿基數(shù)量及比例計(jì)算，DNA分子的復(fù)制子代DNA數(shù)量、標(biāo)記DNA比例及所需某種脫氧核苷酸比例，遺傳規(guī)律的比例計(jì)算，遺傳病概率計(jì)算，減數(shù)分裂配子類型計(jì)算，基因控制蛋白質(zhì)合成的脫氧核苷酸、核糖核苷酸、氨基酸數(shù)量計(jì)算，基因頻率計(jì)算，種群密度調(diào)查(樣方法、標(biāo)志重捕法、血球計(jì)數(shù)板計(jì)數(shù)等)，種群“J'，型增長，能量流動(dòng)規(guī)律等。
　　
　　3.物理模型
　　(1)定義：物理模型就是以實(shí)物或圖畫形式直觀地表達(dá)認(rèn)識(shí)對(duì)象的特征。在教材中出現(xiàn)的也有很多，比如細(xì)胞的亞顯微結(jié)構(gòu)模型，DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)模型等。
　　(2)建構(gòu)的一般步驟：①了解建構(gòu)模型的基本構(gòu)造；②制作模型建構(gòu)的基本原件(單位)；③了解各基本原件之間的關(guān)系；④按照相互關(guān)系連接各基本原件；⑤檢驗(yàn)與修補(bǔ)。
　　(3)新課程教材涉及內(nèi)容：生物體結(jié)構(gòu)的模式標(biāo)本，模擬模型如細(xì)胞結(jié)構(gòu)模型、各種組織器官的立體結(jié)構(gòu)模，型、DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)模型、生物膜鑲嵌模型、減數(shù)分裂中染色體變化模型、血糖調(diào)節(jié)模型等。
　　
　　四、生物課堂模型建構(gòu)的合理應(yīng)用
　　
　　為了更好地把模型建構(gòu)與生物新課程教學(xué)相結(jié)合，我們提倡將模型建構(gòu)與生物學(xué)常規(guī)教學(xué)有機(jī)融合，使之成為生物學(xué)教學(xué)的有機(jī)組成。需要注意以下幾點(diǎn)。
　　
　　1.注意使用的內(nèi)容
　　由于高中生物新課程教材中關(guān)于模型建構(gòu)的內(nèi)容比較多(尤其是概念模型)，基于課時(shí)的限制，應(yīng)選擇比較典型的內(nèi)容給學(xué)生在課堂操作。其他一些內(nèi)容布置給學(xué)生課后操作，某一段內(nèi)容比較多時(shí)，還可以分成不同的組別進(jìn)行操作，然后安排同學(xué)演示交流。
　　
　　2.注意使用的時(shí)機(jī)
　　模型建構(gòu)內(nèi)容可以穿插在各節(jié)教學(xué)內(nèi)容中，也可以按照一定的專題進(jìn)行教學(xué)操作，后者比較適用于復(fù)習(xí)時(shí)使用，也可以用于章節(jié)回顧。在教學(xué)內(nèi)容中使用時(shí)不要顯得突兀，要注意與其他教學(xué)內(nèi)容有機(jī)組合，保證教學(xué)效果。
　　
　　3.要充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用
　　模型建構(gòu)是為教學(xué)服務(wù)的，服務(wù)的主體是學(xué)生，所以模型建構(gòu)要盡可能放手讓他們自己去操作，從而讓他們的能力得到鍛煉和提高。
　　
　　4.明確需要制作模型的特點(diǎn)
　　無論要制作什么模型，首先要了解這個(gè)模型的基本特征、組成單位或基本元素、連接方式、需要條件等(含知識(shí)儲(chǔ)備)。這些條件是一定要在課堂建構(gòu)之前充分準(zhǔn)備好的，否則將無法完成模型建構(gòu)。只有在對(duì)所要建構(gòu)的模型有充分了解的基礎(chǔ)上才能正確建構(gòu)出模型，保證模型建構(gòu)的科學(xué)性和準(zhǔn)確性。
　　
　　5.對(duì)照制作步驟進(jìn)行有序操作
　　不能因時(shí)間限制而使模型建構(gòu)急于求成，而是要按照既定程序按部就班有序進(jìn)行，每一步該做什么，要仔細(xì)檢查，在保證這一步已經(jīng)準(zhǔn)確到位的基礎(chǔ)上再進(jìn)行下一步驟，這樣建構(gòu)出來的模型準(zhǔn)確性才比較高，才更有說服力。
　　
　　6.注意檢驗(yàn)和完善
　　模型建構(gòu)完成后，一定要注意通過課堂實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行檢驗(yàn)，看其是否有需要修改的地方，若有不夠完善的地方要逐漸加以完善。
　　　
　　五、生物課堂模型建構(gòu)對(duì)學(xué)生能力培養(yǎng)的作用
　　
　　1.培養(yǎng)創(chuàng)新能力
　　創(chuàng)新能力是一個(gè)人根據(jù)當(dāng)前的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，加工、處理并有機(jī)遷移或整合，創(chuàng)造出新知識(shí)或新技術(shù)的能力。生物學(xué)上的很多問題，有的可以找出答案，有的沒有定論，但這些問題卻可以讓學(xué)生在制作模型時(shí)，加深對(duì)這些知識(shí)的理解，將來去探尋研究一些沒有解決的問題，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)生物學(xué)的興趣。模型建構(gòu)的過程，也是學(xué)生根據(jù)自己所獲取的知識(shí)進(jìn)行創(chuàng)新的過程。因此，在高中生物學(xué)教學(xué)中應(yīng)該充分利用模擬實(shí)驗(yàn)及建構(gòu)模型的機(jī)會(huì)來培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。
　　
　　2.培養(yǎng)批判性思維能力
　　生物科學(xué)發(fā)展中的批判性思維是非常關(guān)鍵的，在學(xué)習(xí)前人遺留給我們的寶貴知識(shí)財(cái)富時(shí)，要勇于質(zhì)疑，并通過研究使其科學(xué)化或加以豐富，在模型建構(gòu)教學(xué)中，可以利用課本中的素材來培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維能力。
　　
　　3.培養(yǎng)建模思維和建模能力
　　建模思維，是學(xué)生所認(rèn)識(shí)到的關(guān)于建立模型及進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)必需的理論、概念、原則、方法等方面的知識(shí)。而建模能力是在建模思想的指導(dǎo)下，綜合建立模型，進(jìn)行知識(shí)或技術(shù)創(chuàng)新所必需的知識(shí)、理論、技能，最終達(dá)到建立模型，完成創(chuàng)新過程的能力。在進(jìn)行高中生物學(xué)教學(xué)時(shí)應(yīng)充分利用模擬實(shí)驗(yàn)和建構(gòu)模型的內(nèi)容培養(yǎng)學(xué)生的建模思維和建模能力。
　　
　　4.培養(yǎng)解決實(shí)際問題的能力
　　生命科學(xué)與人類生活、生產(chǎn)聯(lián)系密切，這類實(shí)際問題可以讓學(xué)生通過建立模型來理解。因此模型教學(xué)有助于培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問題的能力。
　　
　　5.培養(yǎng)搜集信息和處理信息的能力
　　在模型建構(gòu)過程中，要大量收集和處理信息，搜集和整理資料過程的本身就是培養(yǎng)搜集和處理信息能力的過程。感興趣的學(xué)生還可以通過相關(guān)鏈接搜集有關(guān)現(xiàn)代遺傳學(xué)發(fā)展的更多資料，使學(xué)生的學(xué)習(xí)空間更加廣闊。
　　由于建構(gòu)模型是新課程中新提出的概念，學(xué)生對(duì)建構(gòu)模型原理的理解、具體操作過程感到陌生，需要教師在授課過程中善于引導(dǎo)，在使用時(shí)應(yīng)向?qū)W生不斷灌輸建模思想，逐步培養(yǎng)學(xué)生建模的思想和方法。
　　
　　(責(zé)任編輯　楊