淺談模型方法在高中生物概念教學(xué)中的應(yīng)用

陳亞羨

【摘 要】在高中生物教材中，概念教學(xué)占有重要地位，搞好生物概念教學(xué)是提高教學(xué)質(zhì)量的根本。如何使學(xué)生準(zhǔn)確、深刻地理解概念，掌握概念呢？通過物理模型、概念模型、數(shù)學(xué)模型的構(gòu)建來促進高中生物概念的教學(xué)。

【關(guān)鍵詞】模型方法；高中生物；概念教學(xué)

1.研究背景

在《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017版）》中指出：“通過探究性學(xué)習(xí)活動或完成工程學(xué)任務(wù)，加深對生物學(xué)概念的理解，提升應(yīng)用知識的能力。”高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)研制項目的負責(zé)人——北師大科學(xué)教育研究中心主任劉恩山教授，在解讀新版課標(biāo)時指出：模型建模、科學(xué)論證是發(fā)展學(xué)生理性思維的有效手段，需要老師們滲透到每一節(jié)課堂教學(xué)中。

概念的形成過程首先要基于事實，它是由事實而逐漸歸納所產(chǎn)生的反應(yīng)事物一般的本質(zhì)特征。必修教材中“資料分析”這部分內(nèi)容往往是由一些科學(xué)實驗得出的事實性知識，由這些事實性知識自然而然形成的往往是生物學(xué)的重要概念。例如：必修1第3章第3節(jié)由資料分析得出細胞核控制著細胞的代謝和遺傳，必修2第3章第4節(jié)的資料分析得出基因是有遺傳效應(yīng)的DNA片段。但還有一些概念本身比較抽象、過程復(fù)雜、不容易理解和掌握，比如：有絲分裂、減數(shù)分裂、基因的表達（轉(zhuǎn)錄、翻譯）、DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)等。利用模型方法構(gòu)建這些抽象概念的形成過程，有利于理解概念的內(nèi)涵，值得探討和研究。

2.什么是模型方法

模型方法就是把研究對象（原型）的一些次要的細節(jié)、非本質(zhì)的聯(lián)系舍去、從而以簡化和理想化的形式去再現(xiàn)原型的各種復(fù)雜結(jié)構(gòu)、功能和聯(lián)系的一種科學(xué)方法。模型方法具有可對事過境遷的自然現(xiàn)象進行研究，將自然現(xiàn)象放大或縮小等優(yōu)點。

生物學(xué)通常構(gòu)建的模型有3種：物理模型、概念模型、數(shù)學(xué)模型。物理模型是以實物或圖畫形式直觀地表達認識對象的特征，常用來代表非常龐大或者及其微小事物的三維結(jié)構(gòu)，如：細胞的亞顯微結(jié)構(gòu)、DNA分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)、生物膜的流動鑲嵌模型等。概念模型一般用描述性文字表達抽象的過程，使學(xué)生建立某些流程，概念模型大多以概念圖的形式出現(xiàn)。數(shù)學(xué)模型就是為了某種目的，用字母、數(shù)學(xué)及其它數(shù)學(xué)符號建立起來的等式或不等式以及圖表、圖像、框圖等描述客觀實物的特征及其內(nèi)在聯(lián)系的數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)表達式。如：“J”“S”型種群數(shù)量變化曲線。

3.模型方法在高中生物概念教學(xué)中的應(yīng)用

3.1物理模型在高中生物概念教學(xué)中的應(yīng)用

首先，學(xué)生剛接觸生物學(xué)某一方面知識，經(jīng)常會面臨需要記住大量概念，理解概念間的內(nèi)在關(guān)系等諸多困難。比如：學(xué)習(xí)細胞結(jié)構(gòu)時，比較植物細胞與動物細胞在結(jié)構(gòu)上有哪些相同點和不同點？細胞膜的結(jié)構(gòu)特點是什么？DNA分子結(jié)構(gòu)有何特點？這些概念通過學(xué)生自主閱讀教材、教師講解進行學(xué)習(xí)。有些中學(xué)實驗室可以完成的實驗如觀察植物細胞與動物細胞的結(jié)構(gòu)，但也僅限于光學(xué)顯微結(jié)構(gòu)，沒有辦法觀察亞顯微結(jié)構(gòu)，所以學(xué)生對這些概念的感性認識不夠，理解不深刻。針對這些問題，可以組織學(xué)生自己動手制作各種模型，增進對所學(xué)知識的理解和運用。例如：我們組織學(xué)生在課外時間嘗試利用身邊的簡易材料制作動物、植物細胞的三維結(jié)構(gòu)模型，制作生物膜模型，制作DNA分子結(jié)構(gòu)模型等，所需材料全部自選，隨后進行展示評比。由于目標(biāo)明確，學(xué)生的積極性高，充分調(diào)動想象力和創(chuàng)造力，能使一個個原本抽象、微觀的概念變得栩栩如生。通過構(gòu)建物理模型幫助學(xué)生認識事物原貌，有助于學(xué)生從整體上理解、記憶相關(guān)概念的內(nèi)涵。

其次，在過程比較復(fù)雜的概念教學(xué)中，構(gòu)建具體過程的物理模型可以加深學(xué)生對復(fù)雜過程中核心內(nèi)容的理解，在一定程度上可以促進概念教學(xué)。例如：在學(xué)習(xí)基因表達時，翻譯的過程、密碼子、反密碼子、起始密碼、終止密碼、mRNA、tRNA等這些概念也是容易混淆的，通過構(gòu)建物理模型，演示翻譯的動態(tài)過程使這幾個概念之間的關(guān)系更加清晰。具體做法如下：參照課本，課前用卡紙剪出核糖體、轉(zhuǎn)運RNA若干個，長紙條代表mRNA，上面寫上RNA的四種堿基，mRNA前面有起始密碼AUG，后面有終止密碼UGA。在學(xué)會查密碼子表的基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生分小組用自制的模型演示翻譯的過程，然后請學(xué)生代表上黑板演示并講解過程。最后請學(xué)生代表小結(jié)翻譯的場所、條件、產(chǎn)物、遵循的原則、遺傳信息流動的方向。

3.2數(shù)學(xué)模型在高中生物概念教學(xué)中的應(yīng)用

在生物學(xué)中由于概念繁多，有些概念之間相似易混，難以區(qū)別。用數(shù)學(xué)上的等式或建立坐標(biāo)、曲線等圖像可以使其變得更具體。用坐標(biāo)圖像表達自變量與因變量之間的關(guān)系，體現(xiàn)知識間內(nèi)在的邏輯關(guān)系，便于學(xué)生的理解和掌握。例如：學(xué)習(xí)減數(shù)分裂這個核心概念時，必然會涉及到以下的一些概念：同源染色體、四分體、染色單體、DNA分子數(shù)、染色體數(shù)等，對這幾個概念辨析后，進一步提出問題：它們之間是什么關(guān)系呢？用數(shù)學(xué)等式的方式體現(xiàn)：1個四分體=1對同源染色體=4條染色單體=2條染色體=4個DNA分子。減數(shù)分裂過程中DNA分子數(shù)、染色體數(shù)又是如何變化的呢？在明確染色體復(fù)制前后染色體數(shù)目不變，DNA分子數(shù)加倍的基礎(chǔ)上，根據(jù)減數(shù)第一次分裂、減數(shù)第二次分裂過程中染色體行為的變化規(guī)律，計算出各個時期的染色體數(shù)和DNA分子數(shù)，用曲線圖直觀形象地展示出來：

圖中橫坐標(biāo)表示時間，縱坐標(biāo)表示DNA含量或染色體數(shù)目，在準(zhǔn)確判斷出①曲線代表DNA分子數(shù)，②曲線代表染色體數(shù)后，要求學(xué)生說出a、b、c、d所代表的細胞名稱。通過構(gòu)建數(shù)學(xué)模型，進一步理解減數(shù)分裂這個概念的內(nèi)涵和外延。

3.3概念模型在在高中生物概念教學(xué)中的應(yīng)用

我們在平時的教學(xué)過程中經(jīng)常會遇到學(xué)生提出這樣的問題：“生物學(xué)應(yīng)該怎樣學(xué)，那么多的概念如何記？”學(xué)生產(chǎn)生這樣的困惑，原因之一是他們把概念一個個孤立起來，以為只要死記硬背就行。學(xué)生已經(jīng)獲得并建立了一個個零碎的概念，缺乏的是怎樣把一組相關(guān)的概念聯(lián)系起來，構(gòu)建以大概念、重要概念為核心的概念體系。所以，概念模型方法往往在復(fù)習(xí)課中應(yīng)用比較多，因此，在各類復(fù)習(xí)課中，教師要善于引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)事物的本質(zhì)特征及內(nèi)在聯(lián)系，構(gòu)建一些概念模型有助于理解生物知識間的聯(lián)系，幫助學(xué)生復(fù)習(xí)以前的概念、梳理和連貫新舊知識，建立良好的知識結(jié)構(gòu)。例如：進行章復(fù)習(xí)時，充分利用教材每章自我檢測中的題目：畫概念圖。指導(dǎo)學(xué)生畫概念圖也應(yīng)遵循由易到難的原則：可以先呈現(xiàn)留有部分空格的概念圖，學(xué)生的水平越高，空格就越多，需要連接的概念就越多。章檢測的概念圖就是以這樣的形式出現(xiàn)。當(dāng)然，教師也可以呈現(xiàn)包含部分錯誤的完整概念圖，讓學(xué)生在改錯中學(xué)習(xí)知識，避免了學(xué)生自己構(gòu)圖帶來的認知負擔(dān)。而學(xué)生要發(fā)現(xiàn)和改正概念圖中的錯誤，就必須認真分析整個概念圖，思考哪兒有錯。這避免了直接呈現(xiàn)“標(biāo)準(zhǔn)”概念圖帶來的被動學(xué)習(xí)。

將概念圖這一認知工具應(yīng)用到生物學(xué)復(fù)習(xí)中，讓學(xué)生繪制概念圖，他們可主動參與知識的回顧與提煉過程，整合新舊知識，建構(gòu)知識網(wǎng)絡(luò)，濃縮知識結(jié)構(gòu)，達到靈活遷移知識的目的。

【參考文獻】

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[3]薛曉華.利用模型構(gòu)建促進高中生物概念教學(xué)的實踐研究[D].北京師范大學(xué)，2012