模型與建模

章江林

摘 要：在生物教學(xué)過程中，經(jīng)常需要借助模型的作用。高中生物模型具有生動(dòng)性特征，可以深化學(xué)生對(duì)生物知識(shí)的認(rèn)識(shí)。為了提高高中生物教學(xué)效率，教師應(yīng)該構(gòu)建生物模型，增強(qiáng)學(xué)生的生物建模意識(shí)。具體探討高中生物模型教學(xué)的必要性及舉措，希望能為相關(guān)人士提供一些參考。

關(guān)鍵詞：模型；高中生物；教學(xué)

進(jìn)入新世紀(jì)以來，我國的教育事業(yè)不斷發(fā)展，教學(xué)體制改革步伐不斷加快。在高中教學(xué)體系中，生物學(xué)科占據(jù)重要位置。生物學(xué)科與現(xiàn)實(shí)生活緊密相連，只有優(yōu)化生物教學(xué)質(zhì)量，才能提高學(xué)生的認(rèn)知能力。在生物學(xué)習(xí)過程中，模型建構(gòu)非常必要。新課程標(biāo)準(zhǔn)將模型方法作為當(dāng)代高中生必須掌握的科學(xué)方法之一，為了貫徹落實(shí)新課程標(biāo)準(zhǔn)的要求，高中生物教師應(yīng)該在教學(xué)過程中發(fā)揮模型的重要作用。

一、高中生物模型概述

（一）物理模型

物理模型是高中生物模型的代表，這一模型的呈現(xiàn)方式為實(shí)物或是圖畫，可以概括知識(shí)點(diǎn)的總體特征。物理模型具有動(dòng)靜結(jié)合的特征，可以展示靜態(tài)的物理知識(shí)點(diǎn)，如真核細(xì)胞的三維結(jié)構(gòu)模型、細(xì)胞膜模型等，也可以展示動(dòng)態(tài)的物理知識(shí)點(diǎn)，如染色體的變化模型、血糖調(diào)節(jié)的模型等[1]。

（二）數(shù)學(xué)模型

數(shù)學(xué)模型在高中生物學(xué)習(xí)中也較為常見，這一模型的呈現(xiàn)方式為數(shù)學(xué)形式。生物知識(shí)存在相互關(guān)系，很多生物知識(shí)點(diǎn)的關(guān)系都可以用數(shù)學(xué)關(guān)系式來表達(dá)。數(shù)學(xué)模型不僅能反映生物學(xué)現(xiàn)象、特征等，還能對(duì)生物實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)處理。以坐標(biāo)系建立為例，可以用曲線圖來表示種族數(shù)量變化的種族“J”型和“S”型增長模型。

（三）概念模型

生物學(xué)科有許多概念，概念是生物學(xué)習(xí)的先導(dǎo)，學(xué)生只有把握生物學(xué)基本概念的內(nèi)涵，才能建立科學(xué)的邏輯知識(shí)結(jié)構(gòu)，對(duì)生物現(xiàn)象進(jìn)行理解和闡釋。概念模型可以對(duì)事物的本質(zhì)特征進(jìn)行概括，降低概念理解的難度。以光合作用概念教學(xué)為例，教師可以構(gòu)建物質(zhì)和能量變化模型，對(duì)光合作用過程進(jìn)行闡釋。概念圖是常見的概念模型，不同級(jí)別的概念可以被放置在同一概念圖之中，構(gòu)建關(guān)于主題知識(shí)點(diǎn)的系統(tǒng)脈絡(luò)。在章節(jié)學(xué)習(xí)后，經(jīng)常要構(gòu)建概念模型，從而將各個(gè)知識(shí)點(diǎn)串聯(lián)起來。

二、高中生物教學(xué)構(gòu)建模型的必要性

（一）提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力

在教學(xué)體制改革的背景下，學(xué)生成為課堂的主體，教師需要尊重學(xué)生的主體地位，滿足學(xué)生層次化學(xué)習(xí)需要[2]。學(xué)生渴求通過自我探索獲得知識(shí)，發(fā)揮自身的主動(dòng)性作用，因此教師應(yīng)該為學(xué)生提供自主學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)，在潛移默化中提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。生物知識(shí)點(diǎn)具有系統(tǒng)性特征，新舊知識(shí)存在緊密的關(guān)聯(lián)性，概念之間存在邏輯關(guān)系。在生物課堂建構(gòu)模型，引導(dǎo)學(xué)生樹立建模觀念，可以讓學(xué)生自主分析知識(shí)點(diǎn)之間的聯(lián)系，梳理理論知識(shí)的脈絡(luò)。以概念模型為例，概念模型可以體現(xiàn)知識(shí)結(jié)構(gòu)層次，凸顯知識(shí)內(nèi)隱關(guān)系；以物理模型為例，物理模型可以具化抽象知識(shí)，展示直觀形象；以數(shù)學(xué)模型為例，數(shù)學(xué)模型可以凸顯知識(shí)學(xué)習(xí)規(guī)律。通過模型建構(gòu)，學(xué)生的主體地位可以得到尊重，學(xué)習(xí)方式也將得到改善。學(xué)生是建模的主體，也是學(xué)習(xí)的掌控者，在課堂上占據(jù)主動(dòng)地位，在學(xué)習(xí)生活中應(yīng)掌握主導(dǎo)權(quán)。因此，教師應(yīng)該培養(yǎng)建模思維，開拓學(xué)生的學(xué)習(xí)潛能。

（二）提升學(xué)生自主探究能力

新課程標(biāo)準(zhǔn)對(duì)生物教學(xué)提出了更高的要求，教師應(yīng)該引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行自主探究，讓學(xué)生通過自主探究獲得收獲。模型建構(gòu)并不是一蹴而就的，學(xué)生需要以探究成果作為基準(zhǔn)。只有充分理解知識(shí)內(nèi)涵、形成邏輯條理，才能構(gòu)建完整化、科學(xué)化的模型。同時(shí)，模型建構(gòu)對(duì)學(xué)生探究能力的培養(yǎng)具有重要的反作用，可以指引學(xué)生的自主探究行為，提高學(xué)生的生物學(xué)習(xí)效率，加快學(xué)生的生物習(xí)題解析速度，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度[3]。

（三）促進(jìn)教師學(xué)生交流互動(dòng)

教師是學(xué)生的引導(dǎo)者，擔(dān)任著為學(xué)生傳道授業(yè)解惑的重要任務(wù)，只有發(fā)揮教師的引導(dǎo)作用，才能使學(xué)生攻克學(xué)習(xí)之路的障礙。在模型建構(gòu)時(shí)，教師需要對(duì)教材內(nèi)容進(jìn)行挖掘，并分析學(xué)生的現(xiàn)實(shí)學(xué)習(xí)需要，根據(jù)學(xué)生現(xiàn)階段的學(xué)習(xí)狀況選擇模型。在構(gòu)建模型之后，教師和學(xué)生可以就模型內(nèi)容進(jìn)行分析和討論。教師可以將模型建構(gòu)方法傳授給學(xué)生，鼓勵(lì)學(xué)生自主構(gòu)建模型，輔助物理學(xué)習(xí)工作。通過交流互動(dòng)，師生之間的關(guān)系將更加緊密，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣也將更濃厚。

三、高中生物模型教學(xué)實(shí)踐舉措

（一）利用模型鞏固教學(xué)

在高中教學(xué)體系中，生物學(xué)科具有特殊性，和其他學(xué)科相比，生物學(xué)科的知識(shí)點(diǎn)較多，知識(shí)體系較為龐雜，很多學(xué)生在上課時(shí)間內(nèi)無法吸收全部知識(shí)，需要在課后進(jìn)行鞏固練習(xí)。為了提高學(xué)生的復(fù)習(xí)效率，使學(xué)生對(duì)知識(shí)的重復(fù)學(xué)習(xí)更加高效，教師可以發(fā)揮模型的重要作用[4]。

比如，教師在講細(xì)胞間信息交流的方式時(shí)，可以引導(dǎo)學(xué)生在課下自主建構(gòu)與所學(xué)知識(shí)相關(guān)的模型。細(xì)胞間信息交流的方式一共有三種，第一是通過體液的作用來完成的間接交流；第二是相鄰細(xì)胞間直接接觸，通過與細(xì)胞膜結(jié)合的信號(hào)分子影響其他細(xì)胞；第三是相鄰細(xì)胞間形成通道使細(xì)胞相互溝通，通過攜帶信息的物質(zhì)來交流信息。由于細(xì)胞間信息交流方式具有抽象性，可以采用物理模型建構(gòu)的方式，讓學(xué)生將模型實(shí)物作為參照，認(rèn)識(shí)細(xì)胞間信息交流的特征。

（二）通過模型學(xué)習(xí)新知

生物知識(shí)點(diǎn)存在相互聯(lián)系，新知識(shí)可能與舊知識(shí)存在邏輯關(guān)聯(lián)性，因此教師可以將學(xué)生的已有知識(shí)作為基礎(chǔ)，引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建模型學(xué)習(xí)新知識(shí)。在構(gòu)建這一模型時(shí)，教師應(yīng)該為學(xué)生提供具體引導(dǎo)，如該使用哪一類型的生物模型、利用什么條件構(gòu)建模型等。

比如，教師在講種群增長知識(shí)時(shí)，可以引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建數(shù)學(xué)模型。在之前的學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生已經(jīng)掌握了一部分細(xì)胞增殖知識(shí)，因此可以畫出數(shù)學(xué)的坐標(biāo)圖。為了深化學(xué)生對(duì)課程知識(shí)的理解，教師應(yīng)該提出假設(shè)“細(xì)菌每20分鐘繁殖一代”，并讓學(xué)生把握增殖規(guī)律，得出公式N=2n，教師讓學(xué)生分別計(jì)算出20分鐘、40分鐘、60分鐘、80分鐘、100分鐘和120分鐘的細(xì)菌數(shù)量，并根據(jù)計(jì)算結(jié)果繪制出曲線圖，得到種群增長的“J”型增長曲線。根據(jù)細(xì)菌增長方程式，可以突出種群增長的方程式。

（三）構(gòu)建模型帶動(dòng)討論

在教學(xué)過程中，教師可以帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行小組討論，讓學(xué)生與小組成員合作，共同完成生物模型的構(gòu)建。高中學(xué)生容易出現(xiàn)注意力轉(zhuǎn)移的情況，且受到思維定式的影響。小組討論可以開拓學(xué)生的創(chuàng)新性思維，吸引學(xué)生的注意力，讓學(xué)生自主投入到模型構(gòu)建中[5]。

比如，教師在講生態(tài)系統(tǒng)成分的相關(guān)知識(shí)時(shí)，可以對(duì)學(xué)生進(jìn)行分組，讓學(xué)生討論生態(tài)系統(tǒng)中的七大成分分別是什么。一些學(xué)生提出分生物環(huán)境，包括氣候因子、光、溫度等；一些學(xué)生提出生產(chǎn)者，包括綠色植物等；一些學(xué)生提出消費(fèi)者，包括異養(yǎng)生物等；一些學(xué)生提出分解者，包括細(xì)菌真菌等。在學(xué)生集思廣益后，教師可以讓學(xué)生繪制出生態(tài)系統(tǒng)的成分結(jié)構(gòu)模型圖，如圖1所示，并對(duì)學(xué)生的討論結(jié)果進(jìn)行補(bǔ)充。

（四）應(yīng)用模型總結(jié)知識(shí)

高中生物包含的知識(shí)內(nèi)容較多，僅僅以概念圖形式進(jìn)行知識(shí)整理是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，應(yīng)該形成科學(xué)化的圖文體系。教師在知識(shí)總結(jié)過程中，可以構(gòu)建完整的概念模型，實(shí)現(xiàn)抽象知識(shí)的具象化和零散知識(shí)的系統(tǒng)化。比如，教師在講物質(zhì)跨膜運(yùn)輸方式的相關(guān)知識(shí)時(shí)，可以將物質(zhì)跨膜運(yùn)輸作為主體，形成圖2所示的概念模型，并以模型為引導(dǎo)帶領(lǐng)學(xué)生開展復(fù)習(xí)工作。

綜上所述，高中生物學(xué)習(xí)的難度較大，理論知識(shí)具有抽象性特征。為了深化學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解，提高生物教學(xué)效率，教師應(yīng)該構(gòu)建生物模型，培養(yǎng)學(xué)生的建模意識(shí)。

參考文獻(xiàn)：

[1]林秋映.論證式教學(xué)策略在高中生物科學(xué)史教學(xué)中的應(yīng)用：以“生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型”為例[J].中學(xué)生物學(xué)，2018，34（6）：3-4，63.

[2]周建成.高中生物模型構(gòu)建教學(xué)的研究[A].十三五規(guī)劃科研成果匯編（第六卷）[C].十三五規(guī)劃科研管理辦公室，2018（4）.

[3]陳金財(cái).探究式教學(xué)的模型建構(gòu)實(shí)踐：高中生物“DNA分子的結(jié)構(gòu)”教學(xué)案例[J].高考，2018（14）：38.

[4]張小亞.高中生物《穩(wěn)態(tài)與環(huán)境》模塊核心概念教學(xué)策略的應(yīng)用研究[D].信陽師范學(xué)院，2018.

[5]辛華.核心素養(yǎng)下模型構(gòu)建在高中生物教學(xué)中的應(yīng)用效果分析[J].教師，2018（11）：22-23.

編輯 段麗君