建構生物模型打造高效課堂

周彤

一、生物教學中模型建構的必要性

在日常教學中，老師經常遇到學生提出這樣的問題：“生物感覺不難，上課都能聽懂，但不會應用解題”或“生物知識多而零碎，不像數學，物理那樣有規律可循”等等，諸如此類的問題引發我們的深思，如何解決學生的困惑，如何讓學生愛學生物，會學生物，是我們一線教師的當務之急。

高中生物學涉及到許多學生在日常生活中無法接觸到的研究對象，研究范圍大到生態系統的能量流動、種群數量增長曲線；小到細胞結構、DNA分子的雙螺旋結構等等……學生之所以感覺到難，是因為離現實生活較遠。而模型是事物原型的抽象和概括，雖不能全面體現原型的所有特征，但可以揭示原型的形態，最典型特征和本質。美國《國家科學教育標準》在“科學內容標準”中指出，科學學習的重點是“所有學生需要了解、理解和運用的科學事實、概念、原理、理論和模型”。我國《普通高中生物課程標準（實驗）》也明確將“獲取生物學模型方面的基礎知識”與“生物學基本事實、概念、原理、規律等方面的知識”并列列入知識目標體系，并指出“領悟建立模型的科學方法及其在科學研究中的應用”的重要性，且在內容標準和活動建議部分做出了具體詳細的規定，同時在人教版高中生物課本中提供了相應的模型教學資源。這說明我國順應國際教育改革的趨勢，認識到模型思想對于提高中學生生物科學素養的意義，將模型方法在高中生物教學中的應用提到了重要地位。相應地，模型建構教學在高中生物一線教師的教學實踐中也引發了充分的關注。近幾年陸續有一些針對生物模型方法教學的研究，然而，研究方向大多是針對教材中提供的模型方法的改良與實踐思考，其深度和廣度存在著一定的限制；鮮有真正將模型思想和模型方法融入高中生物課堂教學中的案例，對于模型方法在高中生物教學中的效果和價值評估的研究更是尚未開展過。

建構生物模型不僅有助于學生對核心概念、基本規律產生更加深刻的理解，而且有利于學生建構完整、系統的知識體系。筆者旨在通過具體案例實踐研究建構模型的教學方法對于打造高效課堂的積極作用，以生物教育的測量與評價方法對模型教學的效果進行評估，為從事高中生物教學的一線教師提供一定的參考，以達到提高學生生物科學素養的目的。

二、生物教學中的模型方法及其分類

模型是人們為了某種特定目的而對認知對象所作的一種簡化性的、概括性的描述，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，有的則是通過抽象形式來表達的。模型是事物原型的抽象和概括，雖不能全面體現原型的所有特征，但可以揭示原型的形態、最典型特征和本質。此外，模型還具有描述事實、解釋現象和預測結果等重要功能。當科學研究的對象太抽象或不易觀察到時，研究者可以抓住原型的本質、典型屬性設計模型，用形象化的具體實物或者抽象的語言文字、圖示、數學公式等對認知對象進行模擬化或簡化描述，這樣的方法叫做模型方法。

模型和模型方法在現代自然科學和社會科學中有著廣泛的應用。作為一種現代科學認知手段和思維方法，它所提供的觀念，不僅是學生獲取知識的重要條件，也是學生科學認知結構的重要組成部分。高中生物學習中的模型建構活動，一方面是為了讓學生通過模型建構活動，理解模型方法的重要作用，并在以后的學習和生活中學會適當應用這一思想和方法；另一方面，是為了讓學生通過自主的探究活動，更好的理解和把握高中生物中的核心概念和基本規律。

高中生物模型主要分為三種：物理模型，概念模型和數學模型。以實物或圖畫形式直觀地表達認識對象的特征，這種模型就是物理模型，真核細胞的三維結構模型、DNA分子的雙螺旋結構模型、生物膜的流動鑲嵌模型等，這都是物理模型；種群數量增長的J型、S型曲線，就是一種數學模型；用圖解的方式表示光合作用復雜的反應過程，就是一種概念模型。

三、案例分析

模型建構活動的基本程序如下：（1）教師介紹原型的特點、注意事項等，提醒學生制作模型時，科學性和準確性應放在第一位，其次才是美觀與否。（2）學生分組活動。在教師的指導下，確定原型與模型的比例，設計模擬方案，分工合作、準備材料并動手制作。（課堂或課外完成，視時間而定）（3）課堂展示，交流探討。以小組為單位展示模型，小組內成員自評，組間互評。結合教師評價，評選優秀模型并借助其共同深入探討原型的特點，從而對原型產生更直觀、具體的認識。

【課堂案例-DNA分子的結構（物理模型）】

根據以上程序，筆者在課堂開展了DNA雙螺旋結構的模型建構活動。提醒學生建構的過程中注意完成以下探究問題：

探究一：DNA分子的基本單位是什么？磷酸、脫氧核糖和堿基分別用什么零件模擬？三者如何連接？

探究二：在一條鏈中，一個脫氧核苷酸分子和相鄰的脫氧核苷酸分子是如何連接的？

探究三：兩條鏈又是如何連接的？外側是什么？內側是什么？如何體現堿基間的互補配對？如何體現兩條鏈的反向平行？如何體現兩端游離的磷酸基和脫氧核糖？

探究四：DNA分子的立體結構是由平面結構隨意旋轉得來嗎？方向是什么？如何體現原型中的螺距？

教師參與到學生活動中去。發現學生的思路不唯一，建構流程大概有以下三種：（1）大部分學生能按照教師提示的上述探究順序，制作脫氧核苷酸—脫氧核苷酸單鏈—DNA分子的平面結構—DNA分子的立體結構；（2）制作脫氧核苷酸—通過堿基配對連接左右兩個基本單位—連接成雙鏈—DNA分子的立體結構。（3）將外側的磷酸和脫氧核糖連接成鏈—將內側的堿基連接并配對—DNA分子的立體結構。此外，通過組間交流，發現只有少數學生的模型能夠反映出反向平行的特點，兩端游離的磷酸基和脫氧核糖也極少得到體現。

可見，學生的空間思維方式和習慣不同，建構模型的流程就不同。通過以上三種方式都能建構出DNA分子的雙螺旋模型。可是本節課的重點和難點是通過動手制作模型，培養學生的觀察力、空間想象力、以及分析和理解能力，目的是通過模型能夠加深對抽象的DNA分子結構的理解，因此，按結構層次從小到大，從簡單到復雜，從基本單位到生物大分子則更符合科學的觀察順序，學生能夠更加科學的，準確的，有序的進行加深理解。所以在模型構建的活動中，切忌無序探究，教師的引導顯得十分重要。此外，DNA分子結構的物理模型應盡量多的體現出原型的特點，大多數學生的模型能夠體現出主要特征，而體現不出細節性的特征，這就需要教師及時的更正、補充、完整，使模型更精確，更能代表原型。

通過課后的紙筆測試，發現采用模型教學法的實驗班比常規教學方法的對照班級做的更好，說明模型教學方法在幫助學生加深印象、理解核心概念方面確實起到了非常積極的作用。endprint