关注生物模型建构，注重学生能力的培养

关注生物模型建构，注重学生能力的培养

江苏省扬中高级中学 邮编：212200 奚红凤

摘要：我国的高中生物学课程一直在大量使用模型，充分利用这一资源，可增进学生对模型和建模思想的理解，培养他们运用模型和模型方法进行探究的能力 关键词：模型建构 科学方法

构建模型，把模型用作研究客体的一种手段，这是人类在认识世界和塑造世界的实践中的一大创造。人类在制作和运用模型的悠久历史中，积累了很丰富的经验，逐渐形成了具有普适性的模型方法。现在，在各种科学研究、工程建设活动中，与电子计算机的使用相配合，几乎到处都能看到模型的作用。可以说，如果没有模型这种有力工具，就不可能有现代科学。有的科学家深有体会地指出：模型方法乃是现代科学方法的核心。

由于模型和模型方法在现代生命科学中起着越来越大的作用，是现代高中学生必须了解和应用的重要的科学方法，它不仅对学生学习生物科学有帮助，而且还有助于学生将来进行科学研究、走入社会参加工作，更好地解决生活和工作中的问题。另一方面，这种科学方法的学习和应用，不仅有利于学生形成系统的科学认知观，同时还强化了与其他学科，如数学、物理、化学等学科的内在联系。 1“模型建构”的教学现状及其分析

教育部2003年颁布的《普通高中生物课程标准》已经把模型方法列为基础知识的范畴，明确提出“要让学生领悟生物科学理论或模型的科学美”，并把它规定为高中生物必修掌握的科学方法之一，在内容标准或活动建议部分做了具体的规定。这是我国中学生物学课程

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发展史上第一次如此重视“模型”。人教版三个必修模块中涉及到的模型主要有物理模型（如：细胞的亚显微结构，DNA分子双螺旋结构）、数学模型（如：种群增长曲线）以及概念模型（如：生态系统的结构）。教材编者的用心良苦，但是实际课堂教学中，教师往往以课时紧，建构模型的活动费时且幼稚，“不是非做不可”的教学环节等理由而加以舍弃，取而代之的是老师一遍又一遍地讲，老师自以为讲到位了，而相当多的学生仍然云里雾里，因为他们心中只有结论，没有过程，不知模型中渗透着生物学的基本原理。这样的教学是微效，甚至是无效的，这与课改中倡导的提高教学的有效性背道而弛。 2、模型建构的重要教育价值 2．1、模型和模型建构

模型是人们按照特定的科学研究目的，在一定的假设条件下,再现原型客体某种本质特征（如结构特性、功能、关系、过程等）的物质形式或思维形式的类似物。作为一种现代科学认识手段和思维方法,模型具有两方面的含义:一是抽象化,二是具体化。一方面,我们可以从原型出发,根据某一特定目的,抓住原型的本质特征,对原型进行抽象、简化和纯化,建构一个能反映原型本质联系的模型,并进而通过对模型的研究获取原型的信息,为形成理论建立基础。另一方面,高度抽象化的科学概念、假说和理论要正确体现其认识功能,又必须具体化为某个特定的模型,才能发挥理论指导实践的作用。所以,模型作为一种认识手段和思维方式,是科学认识过程中抽象化与具体化的辩证统一。建立模型的过程，是一个思维与行为相统一的过程。通过对科学

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模型的研究来推知客体的某种性能和规律，借助模型来获取、拓展和深化对于客体的认识的方法,就是科学研究中常用的模型方法。 2．2、高中生物学课程中的模型和模型建构

模型方法在科学研究中具有重要作用，它在中学生物学课程中也有着重要的教育意义。美国《国家科学教育标准》指出，学生的探究活动最终应该构造一种解释或一个模型。高中生物学教材中，在用语言表述生命现象和生命活动规律的同时，也经常用模型来进行解释，模型已经成为高中生物学知识内容的一部分。例如，杂交过程图解事实上就是一个模型，它按遗传学规律把杂交过程简化，用以反映和解释杂交试验的过程和结果，并能通过演绎推理来预测某些杂交试验的结果。人教版高中生物新教材《遗传与进化》中，用了图解式解释模型来阐述达尔文自然选择学说的要点。在某种意义上，理解模型和进行模型建构活动是学生理解生物学的一把钥匙。

高中生物学课程中的模型建构活动，其主要价值是让学生通过尝试建立模型，体验建立模型中的思维过程，领悟模型方法，并获得或巩固有关生物学概念。 2.3、模型建构的重要教育价值

模型的教育意义需要通过“建构”来实现：在模型建构活动中，往往需要进行观察和实验，需要进行归纳和演绎，需要运用已有知识进行假设、模拟、化烦为简。只有亲身参与其中，在探索思考中，学生才可以体会到模型建构的方法，在获得成功喜悦的同时，才可能将模型方法内化为认知模式，获得认知水平上的提升。可以说，模型方

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法的精髓体现在建立模型的探索与发现之中，不经历其中的困惑与发现，很难领悟模型方法的要素与关键。

3、运用模型方法进行科学探究，培养学生自主运用知识的能力

生物学问题解决的过程是一个探究过程。在生物学问题解决中，人们经常使用模型方法。模型可使研究对象直观化和简化，便于研究；又可以简略描述研究成果，使之便于理解和传播；还可以用于计算、推导、延伸观察和实验的结论等。以“成熟植物细胞发生渗透作用”的教学来说,先从化学渗透装置及渗透现象的分析入手,通过要素分析明确渗透作用发生的条件,再分析成熟植物细胞的结构,通过“简化”(实际也是一种模型化)细胞结构并类比,进而推理出“成熟植物细胞相当于一个渗透系统”。而这一渗透系统在不同浓度的溶液中将发生怎样的变化呢?先让学生构建成熟植物细胞质壁分离和复原的模型,提出可能发生的变化。至于假说是否正确,还需要实验证明,再让学生设计并实施验证推理的实验,全面地考虑取材、试剂的选择、方法与步骤、可能出现的结果及原因分析等。最后跳出课本,运用模型去解决农作物施肥等实际问题,使理论又回到实践中去。这种以模型方法为主旋律的设计不仅符合学生认识规律,而且寓科学研究于学习的全程。

高中课程改革的重要突破口之一是转变学习方式，由过去被动的学习方式变为自主的学习方式。完成由以教师，知识为中心，向以学生发展为中心的转变。生物模型的建构是学生进行动手实践、自主探索、合作交流学习的有效方式。《遗传与变异》模块中第二章的“减数分裂”一节（两个课时）的教学，尝试在课堂教学中运用模型和模

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型的方法，通过学生的动手操作，产生深刻的感性认识，由物理模型上升为抽象的数学模型，帮助学生对减数分裂本质的认识。在进行人教版必修2“减数分裂过程中染色体变化”的教学时，引导学生用橡皮泥构建染色体、姐妹染色单体的模型，明确染色体、姐妹染色单体的概念关系，学生通过小组合作，用橡皮泥构建“减数分裂过程中不同时期的染色体变化模型”。学生通过讨论、观察、自己动手操作更好的理解减数第一次分裂前期同源染色体联会，形成四分体；后期同源染色体分离，染色体数目减少一半等减数分裂各个时期染色体变化的特点，接着可以引导学生建立减数分裂过程染色体和DNA数目规律变化的数学模型，理解染色体变化的本质特征。先根据图形得出具体数据，再将数据转换成染色体、DNA数目变化的二维坐标柱状图或曲线图，并进行比较分析，深化学生对数学模型的理解，提高了学生科学运用知识的能力。

从上述可见,模型的建立过程就是一个科学研究过程。在这一研究过程中,需要学生自己确定对象,设置已知与未知,运用科学规律,选择研究方法,检验模型是否与实际一致。从这个层面看,构建模型的目的就不只是停留在模型本身的结构与性质的探索上,而是上升到科学能力的发展的高度,这对学生研究能力的培养是很有好处的。我们在教学中,可以把原始的生物学问题提交给学生,有时可以同时给出一些提示或通过一系列问题引导学生去思考整个解决问题的途径,而不宜把整体问题支解得过碎或直接给予答案。 4、落实模型建构，提高解决实际问题的能力

模型是学生学习科学知识的重要手段,学生掌握了模型方法能更透彻地理解科学知识。生物图表题既有利于对学生的基础知识、基本技能的考查，又有利于对学生能力诸如识图识表能力、知识迁移能力、

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收集和整理数据资料的能力、比较、判断、推理、分析、综合概括等思维能力的考查。这类题条件隐蔽，灵活多变，具有很好的区分度，试题信息的图表化在近几年考题中一直存在。也可以说是目前生物高考的特征之一。因此我们在复习时，一要重视读图、析图，有意识地培养学生收集、筛选相关生物资料和相关信息，进而综合分析作出科学决策的能力；二要对生物教学插图、图解可能的话进行多角度分析，训练学生的发散思维；三要对典型例题和典型错误进行分析，总结归纳各类图表题的基本解题思路及常见陷阱的识别分析，最后实现图像和问题的转换。2003年全国高考“理综”卷第27题就是一个范例。题目提供了一个留有一侧的一对脊神经根的脊髓横切面示意图，即一个模型，然后在这个模型上进行实验：①在第一对脊神经根的背根中央处剪断，电刺激背根向中段，蛙后肢发生运动反应；电刺激背根外周段，蛙后肢不发生反应。②在第二对脊神经根的腹根中央处剪断，电刺激腹根向中段，蛙后肢不发生反应；电刺激腹根外周段，蛙后肢发生运动反应。要求根据实验①判断背根的功能；根据实验②判断腹根的功能，并分别说明理由。有的教师和学生误以为此题考查的是关于脊神经背根和腹根的功能的知识，因而认定此题超纲。其实此题是一个能力立意题，实验属控制论中的“黑箱实验”。在控制论中，将内部信息缺乏的客体称为“黑箱”。此题中脊髓模型就是一个黑箱，它是这个黑箱实验的研究对象。因此，题目没有提供有关脊髓和脊神经功能的信息，对此也不作要求，仅要求根据输人和输出信息判断脊

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神经背根和腹根的功能。这就体现了模型作为直观化和简化的研究对象在解决实际问题中的价值。

总之,对学生进行模型方法教育,就是要让学生置身于探索生物学现象、发现生命规律的活动中,在建立模型的过程中学会观察和统计的方法、实验的方法、归纳与演绎的方法、假设的方法、近似的方法等。这样,学生就会主动地去思考、探索,顺着科学的思路和方法去感知、去思索,在不知不觉中,就领略到生物学知识的真谛。

主要参考文献

1.胡志强、肖显静，科学理性方法，科学出版社，2002年第1版。

2.生物课程标准研制组，生物课程标准（实验）解读，江苏教育出版社，2004年第1版。 3.《走进新课程》丛书编委会组织，生物课程标准研制组编写 《普通高中生物课程标准（实验）解读》 江苏教育出版社，2004年3月第1版

4.郑渊方、廖伯琴、王姗 《探究式教学的模型建构探讨》 《课程研究与实践》2001.5 5. 余自强.2004.生物学教育中的模型和模型方法

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