關(guān)于高中生物教學(xué)中模型建構(gòu)活動教學(xué)的指導(dǎo)

1、PAGE PAGE 6關(guān)于高中生物教學(xué)中模型建構(gòu)活動教學(xué)的指導(dǎo)合肥九中 王艷艷在現(xiàn)代生命科學(xué)研究中，模型和模型方法起著越來越突出的作用。學(xué)會建立合理的模型并運用相關(guān)的模型方法進行科學(xué)研究，已成為高中生必備的科學(xué)素養(yǎng)。為了適應(yīng)不斷發(fā)展的現(xiàn)代科學(xué)教育的要求，教育部2003年頒布的普通高中生物課程標(biāo)準(zhǔn)（實驗）課程設(shè)計思路中明確提出：幫助學(xué)生“領(lǐng)悟假說演繹、建立模型等科學(xué)方法及其在科學(xué)研究中的應(yīng)用”，“領(lǐng)悟系統(tǒng)分析、建立數(shù)學(xué)模型等科學(xué)方法及其在科學(xué)研究中的應(yīng)用”，將獲得生物學(xué)模型的基本知識作為課程目標(biāo)之一，并在內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)或活動建議部分做了具體的規(guī)定。高中生物學(xué)課程中的模型建構(gòu)活動，其主要價值是讓學(xué)生通過

2、嘗試建立模型，體驗建立模型中的思維過程，領(lǐng)悟模型方法，并獲得或鞏固有關(guān)生物學(xué)概念。模型建構(gòu)活動的有效進行將有利于學(xué)生理解模型方法在科學(xué)研究中的重要作用，并學(xué)會適當(dāng)應(yīng)用這一重要方法；有利于培養(yǎng)學(xué)生的探究能力和創(chuàng)新能力；有利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神。從而提高每個高中學(xué)生的生物科學(xué)素養(yǎng)。高中生物必修部分中的八個模型建構(gòu)活動（見下表）所屬模塊模型建構(gòu)活動名稱模型種類分子與細胞嘗試制作真核細胞的三維結(jié)構(gòu)模型物理模型生物膜的流動鑲嵌模型物理模型、概念模型遺傳與進化建立減數(shù)分裂中染色體變化的模型物理模型制作DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型物理模型、概念模型用數(shù)學(xué)方法討論基因頻率的變化數(shù)學(xué)模型穩(wěn)態(tài)與環(huán)境建立血糖調(diào)節(jié)的模型物理

3、模型、概念模型建構(gòu)種群數(shù)量增長的模型數(shù)學(xué)模型設(shè)計并制作生態(tài)瓶物理模型、概念模型這八個模型建構(gòu)活動涵蓋了物理模型、數(shù)學(xué)模型和概念模型。其中，物理模型就是以實物或圖畫形式直觀地表達認(rèn)識對象的形態(tài)結(jié)構(gòu)或三維結(jié)構(gòu)。數(shù)學(xué)模型,就是用字母、數(shù)字及其它數(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)形式。概念模型就是以圖示、文字、符號等組成的流程圖形式對事物的生命活動規(guī)律、機理進行進行描述、闡明。但是不管是建立哪一種模型其主要價值都是幫助學(xué)生并獲得或鞏固有關(guān)生物學(xué)核心概念。所以有些物理模型、數(shù)學(xué)模型建立的過程也是概念模型建立的過程，模型構(gòu)建過程中有交匯點，無需明確地分

4、辨。一、建立模型的一般程序：原型分析模型準(zhǔn)備模型假設(shè)建立模型模型檢驗?zāi)Ｐ瓦\用二、模型建構(gòu)活動的教學(xué)組織策略1、構(gòu)建概念模型的教學(xué)組織策略概念是人們對事物本質(zhì)屬性的概括和總結(jié)，生物學(xué)概念是人們對生物及其生理現(xiàn)象本質(zhì)屬性的認(rèn)識。概念模型是對認(rèn)識對象系統(tǒng)的一種簡化的定性描述，用于表示系統(tǒng)組成和相互關(guān)系，并以圖示、文字、符號等組成的流程圖形式對事物的生命活動規(guī)律、機理進行進行描述、闡明。概念模型的構(gòu)建可以使知識結(jié)構(gòu)化、系統(tǒng)化，不僅能高效反映知識之間縱橫交錯的復(fù)雜關(guān)系，而且也使“ 看不見、摸不著” 的思維過程可視化，有利于學(xué)生的知識遷移，極大地提高了學(xué)生的理解能力和記憶能力，從而將對知識的認(rèn)識提到了一個

5、新的高度，還可以體現(xiàn)構(gòu)建者的科學(xué)思維過程。課題組通過三個案例對概念模型的建構(gòu)進行了研究后，教學(xué)組織策略總結(jié)如下：確立原型，明確核心概念: 要構(gòu)建一個概念模型,首先要確立原型，可以通過復(fù)習(xí)與原型相關(guān)的已學(xué)知識或是提供新的問題情境或是提供與原型相關(guān)資料等方式引入原型，并確訂與概念模型構(gòu)建密切相關(guān)的原型的核心概念。對原型進行分析，整理與核心概念相關(guān)的名詞或概念:引導(dǎo)學(xué)生熟悉所構(gòu)建對象的規(guī)律、原理及其內(nèi)在聯(lián)系，選擇好最能反映規(guī)律、原理、環(huán)節(jié)的關(guān)鍵詞或核心詞，或通過物理模擬活動對所構(gòu)建對象的顯著特征、過程要點、變化規(guī)律進行簡化、模式和形象化處理，以便突出構(gòu)建對象的顯著特征，羅列出與其顯著特征最為密切的關(guān)

6、鍵詞或核心詞，反復(fù)推敲關(guān)鍵詞或核心詞之間的相互關(guān)系以及與核心概念之間的關(guān)系。初步建立概念模型：按照一定的原則整理好各關(guān)鍵詞、核心詞之間的關(guān)系,確定是從屬關(guān)系還是并列關(guān)系或是別的關(guān)系后，對這些關(guān)鍵詞進行排序，從最一般、最概括的概念到最特殊、最具體的概念依次排序，初步安排好概念的布局后,將概念之間用箭頭或是直線連接，連接一般是相鄰層級概念間的連接, 也可建立交叉連接, 需要時可在上下側(cè)、左右側(cè)添加連接。建立連接后, 針對兩個概念間的意義關(guān)系認(rèn)真提煉出連接詞, 連接詞必須是最概括、最簡短的詞語或“+”、“一”等符號, 最后標(biāo)注在連線旁邊，使圖示表達清晰。最后要注意圖示位置的布局,力求圖示、文字、符號

7、組合的合理、協(xié)調(diào)、美觀；評價并完善模型：課堂上讓 23 位學(xué)生展示自己設(shè)計并建構(gòu)的概念模型，其他學(xué)生共同評價，然后教師進行總評。也可讓學(xué)生自己利用初步建起來的概念模型,對原型進行回顧、梳理，如發(fā)現(xiàn)存在錯誤、疏漏之處，則進而進行完善。往往再進一步深刻反思，會激發(fā)出更好的思路和創(chuàng)意，有可能對構(gòu)建起的概念模型作很大的改動或重新構(gòu)建。模型應(yīng)用：利用構(gòu)建概念圖解決與原型相關(guān)的實際問題。概念模型的建構(gòu)不僅有助于學(xué)生對知識的梳理和知識體系的建立，而且可有效地發(fā)展新課標(biāo)所倡導(dǎo)的學(xué)生自主探究、合作與批判、反思與創(chuàng)新等能力。需要指出的是，概念模型是高度抽象的模型，在研究時，一開始可能很難把其中的要素全部抽取出來，

8、需要經(jīng)過反復(fù)的研究和思考才能得到合理的模型。教師在最初的組織教學(xué)中不要怕耽誤上課時間，要有足夠的耐心引導(dǎo)學(xué)生進行分析，教會學(xué)生如何提取有用概念，如何概括概念間的相互關(guān)系，即教會學(xué)生構(gòu)建概念模型的方法。實際教學(xué)中會發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過一段時間的引導(dǎo)，學(xué)生構(gòu)建概念模型的速度和質(zhì)量會明顯提高。2、構(gòu)建物理模型的教學(xué)組織策略物理模型就是以實物或圖畫形式直觀地表達認(rèn)識對象特征的模型，包含靜態(tài)物理模型和動態(tài)物理模型，如“嘗試制作真核細胞的三維結(jié)構(gòu)模型”、“ 制作DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型”屬于靜態(tài)的物理模型，而“建立減數(shù)分裂中染色體變化的模型”、“建立血糖調(diào)節(jié)的模型”,可以看作構(gòu)建動態(tài)的物理模型,值得指出的是物理模型的構(gòu)

9、建往往和概念模型的構(gòu)建是分不開的，在構(gòu)建的物理模型基礎(chǔ)上都可以進一步構(gòu)建抽象的圖解式概念模型。課題組對物理模型的教學(xué)組織策略總結(jié)如下：根據(jù)目標(biāo)和已知條件確定原型和模型：原型確定好后，首先需要建構(gòu)的模型屬于哪一類,是實物模型還是圖畫模型，其次確定模型的規(guī)格。原型知識的復(fù)習(xí)：由于高中生物學(xué)課程中的物理模型建構(gòu)活動，主要是對已知的概念進行具體化，建立物理模型的主要目的是再現(xiàn)難以直接觀察到的結(jié)構(gòu)或抽象知識，加深對相關(guān)知識點的認(rèn)識和理解，并體驗具體化的模型的作用。所以在模型構(gòu)建前，需要引導(dǎo)學(xué)生復(fù)習(xí)已知的概念，對未知的概念，可以通過科學(xué)史的引入或具體的實際操作先將微觀、肉眼難以直接觀察的結(jié)構(gòu)或過程簡化、形

10、象化，在此基礎(chǔ)上抽象出該過程的關(guān)鍵特點，從而為模型建構(gòu)活動奠定知識基礎(chǔ)，因為一個成功的物理模型，科學(xué)性和準(zhǔn)確性應(yīng)是第一位的。合理選材:不同模型的材料的選擇有差別，可以由教師根據(jù)教學(xué)經(jīng)驗選擇準(zhǔn)備，但最好是在教師的指導(dǎo)下由學(xué)生自己準(zhǔn)備，因為材料的選擇、準(zhǔn)備過程其實也是原型進行深入理解的過程，學(xué)生可以在理解的基礎(chǔ)上充分發(fā)揮他們的想象力和創(chuàng)造力，他們可以比較各種材料最終從中選出合適的材料。但不管是哪一種方式，都應(yīng)該注意選擇的材料要保證安全性和可操作性，價廉物美更好。細化操作方案: 教師可通過相關(guān)問題引導(dǎo)學(xué)生思考討論，模型設(shè)計方案中的細節(jié),比如說各結(jié)構(gòu)的比例大小，各個結(jié)構(gòu)之間該如何進行有效連接，怎樣安排

11、各結(jié)構(gòu)的位置才最科學(xué)準(zhǔn)確等等。教師適當(dāng)?shù)囊龑?dǎo)能使學(xué)生在對模型進行構(gòu)思時，把握由整體到局部，再由局部到整體的原則，從而使模型方案的設(shè)計制作過程有條理。分工合作制作模型:小組成員進行具體分工，分別制作模型所需具備的各部分配件，并將它們有機完美地整合在一起，同時拆卸起來要方便。檢驗并完善模型：班級中每兩個小組間根據(jù)評分表進行小組之間模型的互評、修改，并進一步完善模型。如時間充裕，可以進行模型的班級展示或年級展示。物理模型是最接近原型的一類模型，所以教師在指導(dǎo)學(xué)生進行建構(gòu)時要盡可能地關(guān)注它的真實性以及科學(xué)性，一定要設(shè)法將研究對象的本質(zhì)要旨客觀地反映出來。模型建構(gòu)在選材時可鼓勵學(xué)生進行廢棄物的再利用，或

12、是選擇一些成本低廉的材料，總之以最少投入換取最好效果，培養(yǎng)學(xué)生節(jié)約和環(huán)保的意識。在此基礎(chǔ)上可兼顧模型的藝術(shù)性，將模型修飾得更加美觀。3、構(gòu)建數(shù)學(xué)模型的教學(xué)組織策略數(shù)學(xué)模型，就是用字母、數(shù)字及其它數(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)形式。在教學(xué)中，可以循著現(xiàn)象本質(zhì)現(xiàn)象，或者具體抽象具體的思路，通過分析問題探究數(shù)學(xué)規(guī)律解決實際問題建構(gòu)數(shù)學(xué)模型的方法，讓學(xué)生體驗由具體到抽象的思維轉(zhuǎn)化過程。具體教學(xué)組織策略如下：準(zhǔn)備階段:教師要為學(xué)生提供相關(guān)問題情境，也可以是相關(guān)實驗現(xiàn)象或觀察和實驗得出的規(guī)律，引導(dǎo)學(xué)生觀察分析所要研究的對象，討論影響研究對象的因素，

13、提出疑惑，形成問題。觀察研究對象是為了發(fā)現(xiàn)問題，探索規(guī)律，而生命現(xiàn)象和規(guī)律往往不是數(shù)學(xué)化的，這就需要善于從具體現(xiàn)象中抓住其數(shù)學(xué)本質(zhì)。這是建立數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)。做出假設(shè)階段：影響研究對象的因素有很多，如果綜合考慮這些因素必然使研究工作變得復(fù)雜，很難找到一個清晰的規(guī)律，這時候教師需要引導(dǎo)學(xué)生明確，要想變復(fù)雜為簡單，就要合理的簡化一些條件，即建立一種假設(shè)的情景，這樣才能使問題簡單化，容易獲得相關(guān)規(guī)律。提出合理的假設(shè)是數(shù)學(xué)模型成立的前提條件，假設(shè)不同，所建立的數(shù)學(xué)模型也不相同。分析數(shù)據(jù)，建立模型階段：引導(dǎo)學(xué)生在提出的假設(shè)成立的基礎(chǔ)上，分析相關(guān)數(shù)據(jù)，運用數(shù)學(xué)語言表達研究對象的性質(zhì)，即構(gòu)建數(shù)學(xué)模型，表達形式

14、可以是數(shù)學(xué)方程式也可以是曲線圖?？梢宰寣W(xué)生辨析兩種表達形式各自的優(yōu)劣。需要指出的是，當(dāng)呈現(xiàn)為某種數(shù)學(xué)模型時，教師一定要讓學(xué)生認(rèn)識到數(shù)學(xué)模型所蘊涵的生物學(xué)意義，要避免離開生物學(xué)討論數(shù)學(xué)的傾向。對模型進行檢驗和修正階段：這在科學(xué)研究中是必不可少的步驟。在特定的假設(shè)條件下，構(gòu)建的數(shù)學(xué)模型往往是比較簡單的，而生物學(xué)中大量現(xiàn)象與規(guī)律是極為復(fù)雜的，存在著許多不確定因素和例外的現(xiàn)象，需要通過大量的多次實驗或觀察，對模型進行檢驗和修正。數(shù)學(xué)模型是聯(lián)系實際問題與數(shù)學(xué)的橋梁，具有解釋、判斷、預(yù)測等重要功能。在科學(xué)研究中，數(shù)學(xué)模型是發(fā)現(xiàn)問題、解決問題和探索新規(guī)律的有效途徑之一。引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)數(shù)學(xué)模型，有利于培養(yǎng)學(xué)生透

15、過現(xiàn)象揭示本質(zhì)的洞察能力；同時，通過科學(xué)與數(shù)學(xué)的整合，有利于培養(yǎng)學(xué)生簡約、嚴(yán)密的思維品質(zhì)。構(gòu)建數(shù)學(xué)模型與其他幾類模型有一些區(qū)別，其中最主要的區(qū)別是，在建立模型的過程中需要分析數(shù)據(jù)，并把數(shù)據(jù)進行歸納和整理，這就要求我們必須能夠運用數(shù)學(xué)思維來解決生物問題，在這個過程中,并不是把模型構(gòu)建當(dāng)作數(shù)學(xué)題來做，而是要分析條件之間的關(guān)系，數(shù)據(jù)有哪些以及數(shù)據(jù)的變化有什么規(guī)律。三、有效組織和評價是開展模型建構(gòu)活動的保障1、模型建構(gòu)活動前的評價：可以從學(xué)生對相關(guān)知識的預(yù)習(xí)情況、建構(gòu)模型所需材料的準(zhǔn)備情況等方面進行評價。2、模型建構(gòu)活動中的評價:在課堂構(gòu)建模型的過程中，教師要注意觀察各小組的情況，學(xué)生的參與、圍繞問題的議論和爭辯的積極性、提出自己的見解、疑問、表述自己的觀點等應(yīng)是教師評價的關(guān)注點。如果活動小組提出了有探究價值的問題，解決了其他小組有疑惑的問題，設(shè)計了較完善的模型構(gòu)建方案，構(gòu)建出了有創(chuàng)意的模型，提出了有批判性的建議，甚至小組成員間進行了很好的分工合作等都可以給予適時地表揚。3、模型建構(gòu)活動后的評價: 教師要客觀公正地給活動小組集體成果模型進行打分，評等級，教師可以事先設(shè)計好評價表，針對模型的科學(xué)性、準(zhǔn)確性、美觀性和實用性等方面進行打分評比。評比人員除了教