模型建构在高中生物新课程教学中的运用

　　摘要：模型教学在高中生物新课程标准中被提到较高的高度，建模能力被认为是将来学生从事科学研究的必备能力。因此在高中生物新课程教学过程中，将模型方法应用于课堂教学之中，以提高学生的科学素养和科学探究能力是我们需要重点研究的内容之一。

　　关键词：模型建构 生物新课程 教学 运用

　　《普通高中生物课程标准》明确指出：了解建立模型等科学方法及其在科学研究中的应用，培养学生的建模思维和建模能力。在当前，教师要领悟、建立数学模型等科学方法及其在科学研究中的应用，培养学生的建模思维和建模能力，获得生物学的基本事实、概念、原理、规律、模型等方面的基础知识。

由此可见模型教学在高中生物新课程标准中被提到较高的高度，建模能力被认为是将来学生从事科学研究的必备能力。所以模型方法实施的研究不仅符合新课程标准的要求，也是教师适应新课程改革的必需。中学生物学的教学应努力将模型方法应用于课堂教学之中，以提高学生的科学素养和科学探究能力。

　　一、理论依据：

　　构建模型的思想在教育领域的运用并不陌生。在皮亚杰和早期布鲁纳的思想中已经有了建构的思想，但相对而言，他们的认知学习观主要在于解释如何使客观的知识结构通过个体与之交换作用而内化为认知结构。美国视听教育家戴尔1946年写了一本书叫《视听教学法》，其中提出了“经验之塔”的理论，对经验是怎样得来的做了描述，认为经验有的是直接方式、有的是间接方式的来的。各种经验，大致可根据抽象程度，分为三大类(抽象、观察和做的经验)、十个层次，如图所示：

　　在十个层次中，设计的经验是指通过模型、标本等学习间接材料获得的经验。模型、标本等是通过人工设计、仿造的事物，都与真实事物的大小和复杂程度有所不同，但在教学上的应用比真实事物更易于领会。从经验之塔可以看出，宝塔最底层的经验最具体，越往上升则越抽象。教育教学应从具体经验下手，逐步上升到抽象，有效的学习之路就应该先充满具体经验。目前我们教育教学最大的失败在于使学生记住许多普通法则和概念时，没有具体经验作它们的支柱，学生对这些法则和概念的理解只能是抽象的，不具体的。因此，要充分理解概念、定理等，要从做的经验开始。模型构建是做的经验，通过模型构建，我们再去理解概念、定理等，就容易的多了。

　　二、在生物教学中进行模型建构教学研究的原因：

　　从戴尔的经验之塔可以看出，模型构建更加符合中学生的认知实际，通过动手操作，不但可以获得做的经验，而且还可以将之总结运用，上升到抽象的经验，并推广运用，从而使我们的教学上升到一个新的台阶。模型可使研究对象直观化、简约化，使之便于研究;又可以简略地描述研究成果，使之便于理解和传播;还可以用于计算、推导，延伸观察和实验结论等。因此，应充分地利用模型资源，使抽象的内容具体化，引导学生进行探究。

　　生物新课程教材中，不少地方运用了模型建构的原理或方法介绍了有关生物学知识，如概念图、概率计算、样方调查、细胞模型，DNA的双螺旋结构等等，甚至在生物新课程教材中有一个专门的知识链接就是模型建构。中学生物学中的基本概念、规律相当多，许多生物学术语概念所反映的原形都是我们用肉眼无法观察到的或实际操作时费时费力或以目前条件根本无法达到的，因此模型建构教学将更有助于学生体验概念的形成和基本规律的探究过程，从而逐步将所学新知识构建成完整的知识体系，使得整个学习过程更加高效。

　　模型构建教学旨在贯彻提高学生的生物科学素养，面向全体学生，倡导探究性学习，注重与现实生活的联系等新课程基本理念，注重以学生为主体，强调将认知及反思过程还给学生，将参与探究的机会还给学生，将动手和动脑、培养主动获取新知识的能力、批判性思维的能力、分析和解决问题的能力，以及交流与合作的能力的机会还给学生。这种教学能充分调动学生的学习积极性，培养学生的思维探究能力，促进了学生之间的交流和合作。无论是从落实新课程理念的角度，还是从教学的实际效果来看，模型构建教学都不失为一种值得提倡的教学形式。因此加强模型建构研究，用于指导生物新课程内容的教学就有极其重要的价值。

　　三、高中生物教材中常见的模型构建的要求：

　　生物模型的形式有很多，高中生物教学中常见的有三种：概念模型、数学模型和物理模型。

　　(一)概念模型：

　　1.定义：概念模型是对生物学中某个问题或事物进行描述，概念模型包括：中心概念、内涵、外延。在新课程生物教材中，概念模型通常以概念图的形式出现，表达概念之间的相互关系，体现知识的网络构架。通过概念模型的构建，有利于对概念知识的理解和联系。

　　2.构建的一般步骤：

　　(1)理清概念之间关系;(2)画出初步关系图并建立连接;(3)标明概念之间关系;(4)修改和完善。

　　3.新课程教材涉及内容：高中生物新课程教材中涉及概念的内容非常多，几乎每一章、每一节内容都可以用概念图的形式加以表示，在复习时，还可以将不同章节的相关内容以概念图的形式表现出来，以便同学们形成一定的知识网络，便于对知识的理解和复习。

　　(二)数学模型：

　　1.定义：数学模型是用来描述一个系统或它的性质的数学形式;或者说是为了某种目的，用字母、数字及其它数学符号建立起来的等式或不等式。

　　2.构建的一般步骤：

　　(1)观察研究对象，提出问题;(2)提出模型假设;(3)根据实验数据，建构模型;(4)进一步观察，修正模型。

　　3.新课程教材涉及内容：蛋白质的合成分子量和脱水量计算，蛋白质或多肽链水解后的某氨基酸数量，DNA的结构中碱基数量及比例计算，DNA分子的复制子代DNA数量、标记DNA比例及所需某种脱氧核苷酸比例，遗传规律的比例计算，遗传病概率计算，减数分裂配子类型计算，基因控制蛋白质合成的脱氧核苷酸、核糖核苷酸、氨基酸数量计算，基因频率计算，种群密度调查(样方法、标志重捕法、血球计数板计数等)，种群“J”型增长，能量流动规律等。

　　(三)物理模型：

　　1.定义：物理模型就是以实物或图画形式直观地表达认识对象的特征。在教材中出现的也有很多，比如细胞的亚显微结构模型，DNA的双螺旋结构模型等。

　　2.构建的一般步骤：

　　(1)了解构建模型的基本构造;(2)制作模型构建的基本原件(单位);(3)了解各基本原件之间的关系;(4)按照相互关系连接各基本原件;(5)检验与修补。

　　3.新课程教材涉及内容：生物体结构的模式标本，模拟模型如细胞结构模型、各种组织器官的立体结构模型、DNA分子双螺旋结构模型、生物膜镶嵌模型、减数分裂中染色体变化模型、血糖调节模型等。

　　四、生物课堂模型构建的合理运用：

　　由于模型建构在生物新课程教学的运用中的重要性，为突出其重要性，更好的把模型构建与生物新课程教学相结合，我们提倡将模型建构与生物学常规教学有机融合，使之成为生物学教学的有机组成，我们需要注意以下几点：

　　1.注意使用的内容：由于高中生物新课程教材中关于模型构建的内容的内容比较多(尤其是概念模型)，鉴于课时的限制，要选择比较典型的内容给学生在课堂操作，其他一些内容布置给学生课后操作，某一段内容比较多时，还可以分成不同的组别进行操作，然后安排同学演示交流。

　　2.注意使用的时机：模型构建内容可以穿插在各节教学内容中，也可以按照一定的专题进行教学操作，后者比较适用于复习时使用，也可以用于章节回顾。在教学内容中使用时不要显得突兀，要注意与其他教学内容有机组合，保证教学效果。

　　3.要充分发挥学生的主体作用：模型构建是为教学服务的，服务的主体是学生，所以模型构建要尽可能放手让他们自己去操作，从而让他们的能力得到锻炼和提高。

　　4.明确需要制作模型的特点：无论要制作什么模型，首先要了解这个模型的基本特征，组成单位或基本元素，连接方式，需要条件等(含知识储备)。这些条件是一定要在课堂建构之前充分准备好的，否则将无法完成模型构建。只有对所要构建的模型有充分了解的基础上才能正确构建出模型，保证模型构建的科学性和准确性。

　　5.对照制作步骤进行有序操作：不能因时间限制而使模型构建急于求成，而是要按照既定程序按部就班有序进行，每一步该做什么，要仔细检查，在保证这一步已经准确到位的基础上再进行下一步骤，这样构建出来的模型准确性才比较高，才更有说服力。

　　6.注意检验和完善：模型构建完成后，一定要注意通过课堂实际运用进行检验，看其是否有需要修改的地方，若有不够完善的地方要逐渐加以完善。

　　五、生物课堂模型构建对学生能力的培养：

　　1.培养学生的创新能力：创新能力是一个人根据当前的知识和经验，加工、处理并有机迁移或整合，创造出新知识或新技术的能力。生物学上的很多问题，有的可以找出答案，有的没有定论，但这些问题却可以让学生在制作模型时，加深对这些知识的理解，将来去探寻研究一些没有解决的问题，激发学生学习生物学的兴趣。模型构建的过程，也是学生根据自己所获取的知识进行创新的过程。因此，在高中生物学教学中应该充分利用模拟实验及构建模型的机会来培养学生的创新能力。

　　2.批判性思维能力：生物科学发展中的批判性思维活动是非常关键的，在学习前人遗留给我们的宝贵知识财富同时，要勇于质疑，并通过研究使其科学化或加以丰富，在模型构建教学中，可以利用课本中的素材来培养学生的批判性思维能力。

　　3.建模思维和建模能力：建模思维，是学生所认识到的关于建立模型及进行模拟实验必需的理论、概念、原则、方法等方面的知识。而建模能力是在建模思想的指导下，综合建立模型，进行知识或技术创新所必需的知识、理论、技能，最终达到建立模型，完成创新过程的能力。在进行高中生物学教学时应充分利用模拟实验和构建模型的内容培养学生的建构思维和建构能力。

　　4.解决实际问题的能力：生命科学与人类生活、生产联系密切，这类实际问题可以让学生通过建立模型来理解。因此模型教学有助于培养学生解决实际问题的能力。

　　5.搜集信息和处理信息的能力：在模型构建过程中，要大量收集和处理信息，搜集和整理资料过程的本身就是培养搜集和处理信息能力的过程。感兴趣的学生还可以通过相关链接搜集有关现代遗传学发展的更多资料，使学生的学习空间更加广阔。

　　由于构建模型是新课程中新提出的概念，学生对构建模型原理的理解、具体操作过程感到陌生，需要教师在授课过程中善于引导，在使用时应向学生不断灌输建模思想，逐步培养学生建模的思想和方法。