例談模型法在高中生物概念教學中的應用

摘 " "要： 概念是生物學知識的一個重要組成部分，提高概念教學的有效性是生物教育教學研究的一個重點和難點，傳統“以教為中心”教學模式中，學生對概念的理解是機械式的，遺忘率高。模型對概念原型的生動闡釋，是將原型高度純化之后的本質顯現，可作為概念呈現的有效載體，模型建構的過程即概念生成的過程。本文通過案例探討以模型建構的方法提高高中生物概念教學的有效性。

關鍵詞： 模型法 " "高中生物 " "概念教學

生物學是研究自然界中生命運動規律的學科，自然界生物種類繁多、運動錯綜復雜，幾乎每個具體的問題都涉及許多概念，因此如何提高生物概念教學的有效性是生物學科教學發展的一個重要課題。模型方法直觀形象，揭示了原型的本質屬性，而模型建構的過程充分發揮了學生的主觀能動性，使學生主動參與知識構建，符合新課程改革精神，因此將模型方法引入生物概念教學，是提高教學質量的有益嘗試。

1.高中生物學概念特點及現有教學方法存在的問題

高中生物學概念是對生物的結構、生理功能乃至一切生命現象、原理及規律的精確而本質的闡述，是學生進一步探究生物學現象與規律的基礎，具有很強的客觀性、概括性和抽象性[1]。高中生好奇心強，求知欲旺盛，感性認識和具體形象思維能力強。但對抽象概念缺乏理性認識，因此，概念的生成要與學生的心理特點和認知規律相吻合，從感性到理性，從現象到本質一步步地引導學生主動探索與認知。而傳統教學以教師為中心，忽視學生的能動性，學生被動接受知識，對概念的本質理解不透，腦子里只有概念的名詞表象，無法將概念應用于實際，解決問題，概念的學習對學生科學探究、合作交流、情感態度與價值觀等因素的培養沒有起到應有的作用。

2.模型方法引入概念教學的意義

人教版高中生物必修1教材對模型的定義是：“模型是人們為了某種特定目的而對認識對象所做的一種簡化的描述，這種描述可以是定性的，也可以是定量的;有的借助于具體的實物或其他形象化的手段，有的則通過抽象的形式來表達。”由此定義可知，模型本身就是對概念的生動闡釋，而且是高度抽象化、純化后的本質顯現，因其生動形象、簡化的特點，可作為概念呈現的有效載體，模型建構過程即是概念生成的過程。因此，模型方法的引入對于提高概念教學的有效性大有裨益。

3.模型分類

模型方法是通過構建模型研究、揭示原型（概念）的形態、特征和本質的方法，是邏輯方法的一種特有形式[2]。根據模型呈現方式的不同，可分為三大類：物理模型、概念模型和數學模型。物理模型是指以實物或圖像形式直觀地表達認知對象特征的模型，是對原型的純化和簡化、具有一定的形態結構特征，如人工制作或繪制的DNA分子雙螺旋結構模型、真核細胞三維結構模型、細胞膜流動鑲嵌模型等;概念模型是指以文字、圖解等形式抽象概括出事物本質特征的模型，如減數分裂過程染色體變化圖解、血糖調節模型等;數學模型是指用來描述一個系統運行規律的數學形式，如數學公式、算法、表格等[3]。本文重點論述物理模型與概念模型的應用。

4.物理模型的應用案例

案例：通過構建目的基因與載體拼接模型理解“自身環化”、“反向拼接”。

活動指導：以學習小組為單位，向每個小組提供一個含目的基因的DNA片段（黃色卡紙），一個環狀質粒（綠色卡紙），卡紙上寫有堿基序列，同學們手中的剪刀相當于EcoRⅠ，透明膠帶相當于DNA連接酶，請你觀察目的基因與運載體序列，在相應的位置剪切并拼接，看看可以拼出多少種不同類型的產物？

學生活動：經過觀察找到EcoRⅠ的識別序列GAATTC后在G和A之間剪切，目的基因兩端都有EcoRⅠ的識別序列，剪切后得到3個片段，質粒上也有一個EcoRⅠ的識別序列，剪開后經觀察發現：質粒的黏性末端與目的基因的黏性末端相同。多數小組能將目的基因與質粒進行拼接，但堿基序列方向有所不同（“反向拼接”）。有些小組創新思維，將目的基因翻轉，首尾銜接（“自身環化”），將質粒翻轉，拼接成功。

案例分析：基因工程是在分子水平上進行的操作，技術要求高，學生無法實驗操作，通過模型模擬演繹，親身體驗基因剪切、基因拼接的過程，理解剪切、拼接的實質所在，有親手制作的模型在，原本陌生而抽象的概念變得直觀生動，同時培養學生的創新意識與實踐能力。

5.概念模型的應用案例

案例1：“DNA半保留復制”模型的建構。

模型情境：有人認為DNA是半保留復制，有人認為是全保留復制。現有一個雙鏈均為■N的DNA分子，放到■N的培養基中培養，若進行半保留復制，則復制后的得到的2個DNA都是一條鏈為■N，另一條鏈為■N;若進行全保留復制，則復制后一個DNA雙鏈均為■N（保留原狀），另一個新生的DNA雙鏈均為■N，若經離心，就會出現輕重中不同的條帶（顯示圖片）。請你根據以上所給資料設計一個實驗方案，探究DNA復制的方式，理解何為“半保留復制”。

案例分析：抓住學生的好奇心，創設問題情境，引導學生分析背景資料所給信息，讀懂信息后通過設計實驗方案（模型）的方式表現DNA的半保留復制。學生積極讀取信息，獲得一種感性認識：半保留復制得到的雙鏈DNA，均為母鏈+新鏈的組合，即■N/■N;而全保留復制得到的2個DNA，其中一個與模板一模一樣（■N/■N，最重），另一個DNA雙鏈都是■N/■N（最輕）。由此，形成實驗設計思路：將復制一次后的DNA進行離心，若只出現中帶，則說明是半保留復制，若出現輕帶與重帶，則說明是全保留復制。這一模型的建構基于實驗結果的支撐，為后邊學習半保留復制的具體過程奠定基礎，使學生的知識結構得到順應，不僅是對學生邏輯思維的有益訓練，還能充分培養學生的科學探究精神與實踐創新能力。

案例2：“細胞呼吸”模型的建構。

活動指導：以學習小組為單位，每組獲得白紙1張，“線粒體”卡片1張，各階段反應物、產物卡片若干，整張白紙代表一個細胞，白紙邊緣代表細胞膜，線粒體與細胞膜之間代表細胞質基質，通過小組討論，合作交流，將相應的卡片放到它們應出現的位置，并用箭頭標注各階段的反應順序，物質走向，時間6分鐘，然后展示建構成果，小組互評，最后總結歸納細胞呼吸、有氧呼吸、無氧呼吸的概念。

案例分析：為完成此模型的建構，學生需要分析各階段的反應式及發生場所才能準確找出相應卡片并貼到相應位置。為準確地標注箭頭，學生要將各階段反應串聯起來形成一個完整過程。通過整合素材、圖形填充、繪制，學生充分發揮主觀能動性，主動參與知識構建，最終形成細胞呼吸的直觀模型，突破“細胞呼吸”這一概念。

6.總結與反思

模型建構過程中出現的一些問題值得反思：（1）缺少形象化之后抽象出概念本質的思維過程，模型建構就會流于形式，變成游戲;（2）為追求細節上的美觀而舍本逐末，出現科學性錯誤，則背離模型方法簡化、抽象出本質的要旨;（3）為建構模型而建構模型，須知模型的引入是為揭示概念實質服務的，若背離這一初衷，則適得其反;（4）善用模型方法，不能濫用，并不是所有概念都適用于建構模型，對于一些事實性概念，一些淺顯易懂的概念無需費力建構模型，而對于一些核心概念，抽象概念，有一定思維深度，有探究價值，則要巧妙運用模型進行演繹，抓住概念的本質與核心。

參考文獻：

[1]胡向國.高中生物概念教學探究[D].湖南師范大學碩士論文，2008.

[2]余自強.高中生物學課程應提高基本科學素養要求[J].生物學通報，2003，38（1）：36-37.

[3]普通高中生物課程標準（實驗）.