“模型建構(gòu)”在高中生物教學(xué)中的應(yīng)用及誤區(qū)分析

熊忠良

摘 要：模型建構(gòu)是一種重要的科學(xué)方法，通過(guò)探討模型建構(gòu)的價(jià)值及應(yīng)用分析，了解建模誤區(qū)尋找解決辦法，培養(yǎng)學(xué)生建構(gòu)模型的科學(xué)思維。引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)參與構(gòu)建模型的過(guò)程，讓學(xué)生在分析問(wèn)題，解決問(wèn)題過(guò)程中提高建模能力和模型思維能力，有效提高學(xué)習(xí)效率。

關(guān)鍵詞：模型建構(gòu);物教學(xué)應(yīng)用;無(wú)趣分析

模型建構(gòu)是一種重要的科學(xué)方法，也是新課標(biāo)中應(yīng)該高度重視的一項(xiàng)有利的教學(xué)資源力。《美國(guó)國(guó)家科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》中也要求學(xué)生“運(yùn)用邏輯和證據(jù)來(lái)構(gòu)造和修改科學(xué)解釋和科學(xué)模型”，將其作為進(jìn)行科學(xué)探究所需要的基本能力。人教版高中生物新教材選擇的內(nèi)容充分體現(xiàn)了這種要求，其中含有豐富的模型建構(gòu)的素材。用好這些素材，充分發(fā)揮模型的作用，可以充分挖掘?qū)W生的潛能，有效提高教學(xué)質(zhì)量。教師在教學(xué)過(guò)程中應(yīng)該引導(dǎo)學(xué)生參與到模型建構(gòu)的活動(dòng)中來(lái)。

一、生物教學(xué)中模型建構(gòu)的價(jià)值和意義

模型方法在科學(xué)研究中具有重要作用，高中生物學(xué)中的模型構(gòu)建活動(dòng)與科學(xué)研究中的模型構(gòu)建不完全相同，高中生物課程中的模型構(gòu)建是為了讓學(xué)生更好的掌握具體生物學(xué)內(nèi)容而服務(wù)的。美國(guó)《國(guó)家科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》指出，學(xué)生的探究活動(dòng)最終應(yīng)該構(gòu)造一種解釋或一個(gè)模型。我國(guó)課程標(biāo)準(zhǔn)也很重視模型的教育意義。

所謂"模型”，是指模擬原型（所要研究的系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形態(tài)或運(yùn)動(dòng)形態(tài)）的形式，它不再包括原型的全部特征，但能描述原型的本質(zhì)特征，高中生物必修1教材對(duì)模型的定義是：“模型是人們?yōu)榱四撤N特定目的而對(duì)認(rèn)識(shí)對(duì)象所做的一種簡(jiǎn)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(shí)物或其他形象化的手段，有的則通過(guò)抽象的形式來(lái)表達(dá)”。一般可分為物理模型、概念模型和數(shù)學(xué)模型三大類(lèi)。物理模型如真核生物的三維結(jié)構(gòu)模型、細(xì)胞膜的流動(dòng)鑲嵌模型、DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)模型;概念模型如血糖平衡調(diào)節(jié)的模型、達(dá)爾文的自然選擇學(xué)說(shuō)的解釋模型等;數(shù)學(xué)模型如“J”型種群增長(zhǎng)的數(shù)學(xué)模型N t=N0λt、基因分離與自由組合定律，有絲分裂中DNA含量變化曲線(xiàn)等。

高中生物學(xué)中的模型建構(gòu)活動(dòng)與科學(xué)研究中的建立模型不完全等同，它是為學(xué)生更好地掌握具體生物學(xué)內(nèi)容而服務(wù)的。例如，沃森和克里克建立DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的目的，是為了揭示當(dāng)時(shí)并不清楚的DNA分子結(jié)構(gòu)。高中生物學(xué)中的“制作DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型”的模型建構(gòu)活動(dòng)，主要是對(duì)“DNA分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)”這個(gè)結(jié)論進(jìn)行具體化，所建立的模型是物理模型;其主要目的不是探索DNA分子的結(jié)構(gòu)，而是通過(guò)制作物理模型來(lái)加深對(duì)DNA分子的結(jié)構(gòu)的理解，并體驗(yàn)具體化的模型的作用。可見(jiàn)，高中生物學(xué)中的模型建構(gòu)的價(jià)值體現(xiàn)在讓學(xué)生通過(guò)嘗試建立模型，掌握或鞏固有關(guān)生物學(xué)概念，體驗(yàn)?zāi)Ｐ徒⒌乃季S過(guò)程，并領(lǐng)悟建模方法。

二、模型建構(gòu)在教學(xué)活動(dòng)中的實(shí)踐與應(yīng)用

在教學(xué)中我們往往重視對(duì)模型結(jié)論的運(yùn)用，而忽視了建模方法的傳授。其實(shí)，“授之以魚(yú)不如授之以漁”，引導(dǎo)學(xué)生在模型建構(gòu)中領(lǐng)悟建模的一般方法，只有掌握了模型建構(gòu)的方法才擁有認(rèn)識(shí)世界的工具。

1.物理模型在生物課堂教學(xué)中的應(yīng)用

就《基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成》這節(jié)內(nèi)容而言，轉(zhuǎn)錄和翻譯過(guò)程對(duì)學(xué)生而言，是很抽象的過(guò)程，即便是我們通過(guò)圖片、動(dòng)畫(huà)給學(xué)生展示該過(guò)程，學(xué)生的理解也不深入，這節(jié)內(nèi)容適合開(kāi)展探究性學(xué)習(xí)，教師引導(dǎo)學(xué)生開(kāi)展小組合作，共同構(gòu)建轉(zhuǎn)錄翻譯的過(guò)程，在這個(gè)過(guò)程中，讓學(xué)生通過(guò)自己動(dòng)手，構(gòu)建物理模型，并展示作品進(jìn)行交流、互評(píng)，能有效地掌握相關(guān)的概念，提升學(xué)生的理解水平。

具體教學(xué)策略如下：

（1）回憶以前所學(xué)的基礎(chǔ)性概念：通過(guò)教師提問(wèn)的方式進(jìn)行。要使學(xué)生能準(zhǔn)備描述出DNA和RNA的區(qū)別，并且介紹三種RNA結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)。

（2）學(xué)生閱讀課本自學(xué)轉(zhuǎn)錄、翻譯過(guò)程，初次接觸新概念

（3）將學(xué)生分組，小組成員合作，利用現(xiàn)成的材料（彩色紙板、紙片等）制作轉(zhuǎn)錄和翻譯的模型。教師組織學(xué)生討論、交流。取長(zhǎng)補(bǔ)短，完善模型。

學(xué)生通過(guò)自己制作轉(zhuǎn)錄和翻譯模型，對(duì)轉(zhuǎn)錄和翻譯過(guò)程有了感性認(rèn)識(shí);手腦并用操作轉(zhuǎn)錄過(guò)程的“堿基配對(duì)”，以及翻譯過(guò)程蛋白質(zhì)的形成。親自體驗(yàn)了mRNA如何形成，tRNA如何轉(zhuǎn)運(yùn)氨基酸，tRNA與mRNA的配對(duì)，以及核糖體的結(jié)構(gòu)，大大加強(qiáng)了印象;有利于學(xué)生深入理解一些細(xì)節(jié)知識(shí)點(diǎn)，比如DNA和mRNA的堿基配對(duì)原則與mRNA和tRNA的堿基配對(duì)原則有和不同，密碼子與反密碼子的區(qū)別，mRNA與tRNA的結(jié)構(gòu)上的不同點(diǎn)，以及翻譯過(guò)程核糖體的移動(dòng)方向的判斷等等。組間的相互交流更是從語(yǔ)言表達(dá)上進(jìn)一步加強(qiáng)了對(duì)該過(guò)程的深入的理解。

2.數(shù)學(xué)模型在生物課堂教學(xué)中的應(yīng)用

就《種群的數(shù)量變化》這節(jié)內(nèi)容而言，學(xué)生需要掌握兩種生長(zhǎng)曲線(xiàn)，“J”型和“S”型曲線(xiàn)，教師在課堂上可以引導(dǎo)學(xué)生探究。

具體策略如下：

（1）教師簡(jiǎn)單介紹細(xì)菌結(jié)構(gòu)，假設(shè)在“理想環(huán)境條件下，細(xì)菌以二分裂方式增殖，且每20分鐘繁殖一代”。試推算不同時(shí)間內(nèi)一個(gè)細(xì)菌的繁殖情況，并完成如下表格。

（2）學(xué)生完成表格填寫(xiě)，并將表格中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成曲線(xiàn)圖

（3）由學(xué)生根據(jù)以上規(guī)律得出數(shù)學(xué)公式，Nt=2t

進(jìn)一步討論：能不能根據(jù)細(xì)菌增長(zhǎng)的方程式推導(dǎo)一個(gè)反映一般種群和細(xì)菌種群類(lèi)似的種群增長(zhǎng)的方程式？教師運(yùn)用教材中實(shí)例，引導(dǎo)學(xué)生推導(dǎo)出一般種群的增長(zhǎng)方程式 Nt=N0λt。

（4）教師總結(jié)“J”型曲線(xiàn)和“S”型曲線(xiàn)

通過(guò)模型構(gòu)建，有利于學(xué)生掌握一些基本概念，“J”型曲線(xiàn)和“s”型曲線(xiàn)，以及兩種模型出現(xiàn)的條件，通過(guò)小組合作探究種群增長(zhǎng)的數(shù)學(xué)公式，更有利于學(xué)生深入理解種群增長(zhǎng)率、增長(zhǎng)速率的變化。

1、概念模型在生物課堂教學(xué)中的應(yīng)用

模型方法就是以研究模型來(lái)揭示原型的形態(tài)、特征和本質(zhì)的方法。它是連接理論和應(yīng)用的橋梁，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(shí)間的聯(lián)系，做到融會(huì)貫通。一般概念模型的構(gòu)建應(yīng)用在復(fù)習(xí)課中。比如：我們?cè)趶?fù)習(xí)免疫調(diào)節(jié)這部分內(nèi)容時(shí)，教師可以引導(dǎo)學(xué)生以“免疫調(diào)節(jié)”為核心概念，將體液免疫、細(xì)胞免疫以及免疫反應(yīng)的三個(gè)階段等重要知識(shí)有機(jī)的組織在一起，以一個(gè)抽象模型的形式開(kāi)展教學(xué)，可以幫助學(xué)生梳理這些知識(shí)點(diǎn)、重要概念，并將相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)聯(lián)系起來(lái)，逐步幫助學(xué)生構(gòu)建知識(shí)體系。

三、模型建構(gòu)在教學(xué)活動(dòng)中的常見(jiàn)誤區(qū)及對(duì)策

1、將模型與原型等同，不加區(qū)分

模型是原型的一種抽象，是在一定條件和范圍內(nèi)建立的，并不是原型本身。如在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中看到的細(xì)胞或者教材等材料中出現(xiàn)的細(xì)胞顯微照片是原型，而細(xì)胞結(jié)構(gòu)示意圖就是一種模型。隨著對(duì)原型認(rèn)識(shí)的不斷深入，模型需要不斷的“建構(gòu)—解構(gòu)—再構(gòu) ”，在修正中進(jìn)一步完善，比如生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型。

2、不重視引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)構(gòu)建模型，只重視模型的實(shí)際應(yīng)用

模型構(gòu)建需要很多時(shí)間，很多老師便簡(jiǎn)單處理構(gòu)建過(guò)程甚至取消，生硬的將模型直接灌輸給學(xué)生，直接討論其特征及應(yīng)用。實(shí)際上，模型的構(gòu)建需要一個(gè)過(guò)程，建構(gòu)主義理論認(rèn)為每個(gè)人通過(guò)借助原有知識(shí)和在新的情境中運(yùn)用舊的知識(shí)來(lái)構(gòu)建意義和理解。模型建構(gòu)實(shí)際上是一個(gè)探究的過(guò)程，在具體教學(xué)中只有引導(dǎo)學(xué)生切切實(shí)實(shí)在做中構(gòu)建模型，探索規(guī)律的發(fā)現(xiàn)過(guò)程，領(lǐng)悟模型知識(shí)和模型方法，提高探究能力。

3、忽視本質(zhì)模型的應(yīng)用，構(gòu)建過(guò)多繁瑣的應(yīng)用模型，加重學(xué)生負(fù)擔(dān)

在教學(xué)中，教師為幫助學(xué)生更快地解決不同實(shí)際問(wèn)題，將一系列模型推給學(xué)生，希望學(xué)生按不同類(lèi)型套用，導(dǎo)致模型繁多，加重學(xué)生負(fù)擔(dān)，達(dá)不到預(yù)期效果。模型本來(lái)是對(duì)復(fù)雜原型的高度概括，模型方法就是抓住原型的本質(zhì)特征，把復(fù)制的原型客體加以簡(jiǎn)化和純化，并對(duì)抽象的假或命題進(jìn)行邏輯轉(zhuǎn)換，以構(gòu)建一個(gè)能反映原型本質(zhì)聯(lián)系的模型。對(duì)知識(shí)的概括，不應(yīng)該用太多繁瑣的模型，而應(yīng)該盡量抓住本質(zhì)規(guī)律，盡量用同一高度概括的本質(zhì)模型去分析問(wèn)題、解決問(wèn)題，這樣才能真正體現(xiàn)模型方法，在探究過(guò)程中促進(jìn)知識(shí)遷移，促進(jìn)思維發(fā)展的能力。

無(wú)論是科學(xué)研究還是學(xué)習(xí)過(guò)程，模型建構(gòu)起著十分重要的作用。在生物課堂中教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生順著科學(xué)的思路和方法去感知和探索，并從中領(lǐng)悟和形成運(yùn)用建構(gòu)模型的方法來(lái)解決有關(guān)的生物學(xué)問(wèn)題，真正讓學(xué)生做到自主探究性學(xué)習(xí)，并且能發(fā)展學(xué)生思維，提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和科學(xué)探究能力。走出模型構(gòu)建的誤區(qū)，引導(dǎo)學(xué)生加入到主動(dòng)構(gòu)建模型的過(guò)程中，讓學(xué)生置身于探索生物學(xué)現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)生命規(guī)律的活動(dòng)中，在分析問(wèn)題，解決問(wèn)題過(guò)程中，提高建模能力和模型思維能力，這才是模型方法在教學(xué)時(shí)間中的意義所在。

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