用信息技術(shù)進(jìn)行生物建模教學(xué)必要性

由于模型和模型方法在現(xiàn)代生命科學(xué)中起著越來越大的作用，是現(xiàn)代高中學(xué)生必須了解和應(yīng)用的重要的科學(xué)方法。因此，新課標(biāo)依據(jù)國際科學(xué)教育的發(fā)展，將模型和模型方法列入了課程目標(biāo)之一。

一、模型和模型方法

20世紀(jì)30年代，貝塔朗菲在提出機(jī)體系統(tǒng)論概念的同時(shí)，主張用數(shù)學(xué)和模型方法研究生命現(xiàn)象。所謂“模型”，就是模擬所要研究事物原型的結(jié)構(gòu)形態(tài)或運(yùn)動(dòng)形態(tài)，是事物原型的某個(gè)表征和體現(xiàn)，同時(shí)又是事物原型的抽象和概括。它不再包括原型的全部特征，但能描述原型的本質(zhì)特征。模型一般可分為物理模型和數(shù)學(xué)模型兩大類。

不論是物理模型還是數(shù)學(xué)模型，都能夠使研究對(duì)象直觀化和簡化，同時(shí)還可以簡略描述研究成果，使之便于理解和傳播。生物學(xué)是研究自然界中生命運(yùn)動(dòng)最基本、最普遍的規(guī)律以及生物體的結(jié)構(gòu)，自然界生物種類繁多、運(yùn)動(dòng)錯(cuò)綜復(fù)雜，幾乎每個(gè)具體的問題都要涉及到許多因素。通過建構(gòu)模型能夠排除非本質(zhì)因素的干擾，舍棄次要因素和無關(guān)因素，突出反映事物的本質(zhì)特征，從而使生命現(xiàn)象或過程得到簡化、純化和理想化，因此，在生物課堂教學(xué)中適當(dāng)利用模型往往能夠達(dá)到事半功倍的教學(xué)效果。

模型方法，作為一種現(xiàn)代科學(xué)認(rèn)識(shí)手段和思維方法，所提供的觀念和印象，不僅是學(xué)生獲取知識(shí)的條件，而且是學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)的重要組成部分，在高中生物教學(xué)中有著廣泛的應(yīng)用價(jià)值和意義。“美國《國家科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》把模型和科學(xué)事實(shí)、概念、原理、理論列為科學(xué)主題的重點(diǎn)，并將構(gòu)建、修改、分析、評(píng)價(jià)模型作為高中學(xué)生的基本科學(xué)探究能力…”。

生物模型方法是解決生物問題的一種邏輯方法，盡可能地通過運(yùn)用抽象化、簡化、分析、推理、具象思維等形式去再現(xiàn)原形的各種復(fù)雜結(jié)構(gòu)、功能和聯(lián)系。模型建立是指在抽取的生物對(duì)象的基礎(chǔ)上，尋找生物對(duì)象在發(fā)生、發(fā)展、遺傳等生命過程中表現(xiàn)的定量或定性規(guī)律，它屬于生物學(xué)知識(shí)集中運(yùn)用環(huán)節(jié)。生命問題的解答過程，一般是對(duì)所研究的問題構(gòu)成模型，分析模型、解算模型的過程。

二、利用信息技術(shù)進(jìn)行生物建模的必要性

以計(jì)算機(jī)為主的信息技術(shù)，為教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生生物學(xué)模型方法，提供了強(qiáng)大的機(jī)遇，創(chuàng)設(shè)了豐富的內(nèi)涵。

（1）從模型的建立上，計(jì)算機(jī)提供了強(qiáng)大的模擬功能。一方面，計(jì)算機(jī)提供模型，有許多生物學(xué)模型，特別是宏觀的、或微觀的生物對(duì)象，可以方便地利用計(jì)算機(jī)制作，在媒體的表現(xiàn)力、重現(xiàn)力、接觸面、參與性和受控性等方面存在著明顯的優(yōu)勢(shì)。另一方面，計(jì)算機(jī)提供建模方法的運(yùn)用，對(duì)于生物的生理、生化過程，利用計(jì)算機(jī)的虛擬功能，可以動(dòng)態(tài)地模擬整個(gè)過程，提供交互和深刻的感知體驗(yàn)、情景體驗(yàn)，為學(xué)生培養(yǎng)模型方法和建模能力提供了可能。

（2）從思維的發(fā)展上看，高中學(xué)生正經(jīng)歷著從形象思維到抽象思維的發(fā)展過程，模型方法和信息技術(shù)本身就是形象思維和抽象思維的統(tǒng)一體。生物學(xué)模型不僅反映了原型的直觀性，反映了原型的主要特征，抓住了影響問題的主要因素，而且是以科學(xué)知識(shí)和實(shí)驗(yàn)事實(shí)為依據(jù)，經(jīng)過分析、綜合、比較、抽象、概括、推理等一系列邏輯論證而建立起來的，既利用了分析、比較、抽象、概括等抽象思維的方法，也利用了形象類比等形象思維的方法，是抽象思維和形象思維共同作用的過程。信息技術(shù)在生物教學(xué)的應(yīng)用，目前主要在利用計(jì)算機(jī)多媒體的綜合處理能力，形成圖、文、聲、像并茂的多媒體教學(xué)系統(tǒng)，具有豐富的表現(xiàn)手法和強(qiáng)撼的表現(xiàn)力，能夠其體形象再現(xiàn)生物形態(tài)、結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)變化，虛幻模擬生物遺傳變異、生態(tài)演化、生物進(jìn)化的動(dòng)態(tài)過程，從而揭示生命的現(xiàn)象和本質(zhì)，架設(shè)了從形象思維到抽象思維的橋梁。

（3）從教學(xué)過程的組成要素來看，信息技術(shù)與模型方法，不僅作為教學(xué)媒體，在教學(xué)過程中起著承載和傳遞信息，成為教學(xué)系統(tǒng)的重要要素；而且可以指導(dǎo)著教師、學(xué)生、學(xué)習(xí)內(nèi)容等教學(xué)因素，并創(chuàng)設(shè)各種學(xué)習(xí)情境助于建構(gòu)理論的實(shí)施，聯(lián)接著直接經(jīng)驗(yàn)和間接經(jīng)驗(yàn)。

（4）從教學(xué)評(píng)價(jià)來看，信息技術(shù)與模型方法的結(jié)合在形成性評(píng)價(jià)方面可以互相補(bǔ)充互相完善。模型方法在教學(xué)評(píng)價(jià)方面，主要體現(xiàn)在學(xué)生的思維方式和思維過程的評(píng)價(jià)，信息技術(shù)為教學(xué)評(píng)價(jià)提供了強(qiáng)大的交互和反饋的功能，便于及時(shí)了解各階段教學(xué)的效果和學(xué)習(xí)進(jìn)展情況，適時(shí)調(diào)整和改進(jìn)教學(xué)。

生物模型方法是生物教學(xué)的一個(gè)重要內(nèi)容，是進(jìn)行科學(xué)方法教育必需貫徹落實(shí)的重要組成部分。運(yùn)用信息技術(shù)進(jìn)行模型方法教學(xué)，可以更加充分、有效地發(fā)揮模型方法功能，提高學(xué)生生物學(xué)素養(yǎng)。