《模型建構在初中生物學教學中的實踐研究》方案

《模型建構在初中生物學教學中的實踐研究》方案一、課題設計論證1.選題依據：選題的理論意義和實踐價值，核心概念界定，國內外相關研究綜述等。（一）選題的理論意義理論意義通過本課題的研究，針對初中生物學不同的學習內容探索，初步形成一定的基于模型的典型教學案例和組織策略。同時在知識構建、問題解決過程中嘗試能夠利用模型解決問題，形成基于模型解決問題的意識和方法，從而進一步豐富基于模型的初中生物學習理論。第一，形成初中生物學模型建構教學的策略。本研究梳理模型、模型建模的概念及界定，對各種模型的分類標準加以對比分析，明晰初中生物學教學中模型建構的特點、作用及原則。將教材中的模型進行系統的歸類，豐富生物學方面的模型資源，并且在不同主題的教學中實行模型建構教學的實踐研究，為一線教師及教育研究者提供一些理論參考。第二，落實新課程標準的理念。生物模型能夠表征生物學現象以及原理，能夠將學生頭腦中抽象的思想模型用外顯的方式表征出來，有助于學生的科學思維訓練和思維水平的提升，利于課程理念的實現。第三，培養(yǎng)學生的生物科學素養(yǎng)。建構模型能夠協助學生形成知識間的遷移，從而形成知識脈絡，在整體上把握生物知識，并且模型建構能夠培養(yǎng)學生的探究水平以及合作精神。實踐價值（1）調查初中生物學模型建構教學的現狀及存有問題，為模型建構教學提供可操作的合理化建議。引起教師對模型建構教學的更多注重，提升學生的學習興趣，培養(yǎng)學生的建模水平與科學思維水平。（2） 梳理挖掘初中生物學教科書中的三大類模型（實物模型、概念模型、數學模型）相關的教學內容，為教師的備課等教學活動提供可參考和借鑒的教學資源。（3） 通過課堂觀察和優(yōu)化教學設計，整理模型建構教學的典型案例。通過展開生物模型建構的實踐研究，總結模型建構教學的策略。將教學內容直觀化、簡約化，讓學生更易接受，對內容理解加深，為以后生物教師選擇使用實踐參考?？偨Y模型建構教學中容易岀現的誤區(qū)。以往教學往往過于注重模型的制作過程，使之成為偏手工制作的學習活動，而忽視通過模型建構對學生思維水平的培養(yǎng)。通過實踐研究，探索適合做實物模型的材料、各種模型制作的最優(yōu)方案以及模型建構需要注意的事項等，真正實現“做中學”，發(fā)展學生學生水平，提升教育教學質量。（-）核心概念模型《辭?！分械摹澳Ｐ汀笔侵概c具有原型相似特征的替代物，是系統或過程的簡化、抽象和類比表示。根據代表原型的不同方式,可分為物質模型和思想模型兩大類?！睹绹鴩铱茖W教育標準》中定義：“模型是與真實物體、單一事件或一類事物對應的而且具有解釋力的試探性體系或結構?！北狙芯克娙〉氖菄鴥取陡咧猩铮ū匦?）》中對模型的表述：“模型是人們?yōu)榱四撤N特定目的而對理解對象所做的一種簡化的描述，這種描述能夠是定性的，也能夠是定量的;有的借助于具體的物或其他形象化的手段，有的則通過抽象的形式來表達。”生物學教學中的模型類型一般包括三種：概念模型、物理模型和數學模型。模型建構模型建構是指釆用模型方法把抽象的、復雜的事實或過程借助身邊的材料、用具或者使用數學方法、圖像、方程式等，加以描述、概括總結的一種活動。本研究所指的生物模型建構就是通過一定的物質形式或思維形式來建構生物模型，對生物知識實行研究和模擬，協助學生理解和掌握生物科學知識，同時為學生理解事物提供一種思路和方法［9］。學習時，教師合理使用模型建構教學，不但使課堂變得有條不紊、高效，還能提升學生的認知水平，增強解決實際問題的水平。在課堂上，教師與學生一起構建模型，學生不但學會了知識，更能體會科學探究的魅力。建構物理模型，能夠使抽象的知識直觀化；建構概念模型，能夠使零散的知識邏輯化；建構數學模型,能夠使復雜的知識理論化。建構模型不是手工制作，教師要在教學過程中發(fā)展和拓寬學生的科學思維，并鼓勵學生評價和修正模型，促使學生對知識的深刻理解和使用拓展。［10］(三)國內外相關研究綜述1.國外相關研究(1)相關研究學術史梳理關于模型建構的理論與實踐，國外的研究要早于國內。20世紀30年代，貝塔朗菲創(chuàng)立了系統論，主張用數學和科學模型方法研究生命現象。美國等國家比較重視模型對科學教育的重要性。美國《國家科學教育標準》把模型和科學事實、概念、原理、理論并列為科學主題的重點，并將構建、修改、分析、評價模型作為高中學生的基本科學探究水平。MoritzKreil研究學生對不同情景下對科學模型（生物、物理、化學）的理解，分析了學生對生物模型的三個觀點即：展示、解釋、預測。Svoboda對生物學教育中的建模策略實行研究，突出強調了學生如何使用模型來協助他們設計研究問題，探索思想，并在教育環(huán)境中完善他們的概念理解。Schwarz開發(fā)了科學建模的學習進階，研究參加建?；顒拥膶W生是沿何種過程前進的。RosariaLesh和Lehrer對模型建構實行了深入研究，在其論文中提岀了各自不同的模式。并且國外的一些學者為了解教師對模型的理解情況展開了調查。Smit和Finegold對新入職的教師實行『調查，發(fā)現新入職教師在對模型的理解上有一定的局限，缺乏系統性和全面性。而VanDriel和Vedoop對經驗豐富的老教師實行了調查，結果表明這些教師中絕大部分能夠對模型實行系統的闡述，對模型的認識較深刻。單方面探索生物模型建構教學的研究在國外并不多見，大多為應用生物學中的相關知識來研究模型建構教學。（2）綜述國外比較重視模型對科學教育的重要性，模型在科學領域被廣泛使用解決了很多問題，尤其是近代物理學的發(fā)展更是離不開模型方法的使用，生物學作為自然科學的基礎學科也是很早就通過模型來研究生命規(guī)律與現象。對于模型及模型建構方面的研究是以英國、美國為先導的，在課堂實踐中的應用研究已比較成熟。美國出版的《國家科學教育標準》中有這樣的描述：科學模型作為一個體系或是結構具有解釋和預測的功能，因為它與研究對象，實物或是事件是一一對應的關系，這種關系為科學家了解實物的本質提供了協助。但是單獨對生物實行模型建構教學的研究，國外可參考的資料并不多,絕大部分研究集中在將生物學的知識作為研究模型建構教學的案例。國內相關研究（1） 相關研究學術史梳理國內相關模型的研究主要集中于20世紀90年代后，有很多著作出版，總體來看模型的研究主要集中于從哲學的角度闡述科學模型的概念、本質、特征與功能，模型的建構等方面，比較著名的有江天驥主編的《科學哲學和科學方法論》，還有張瓊、于祺明、劉文君合著的《科學理論模型的建構》等。雖然實物模型早在建國初就在課堂教學中得到應用，但對于模型教學的理論研究和實例研究是從《普通高中生物課程標準（實驗）》明確將建構模型提升為高中生物學課程的基本內容之一，教育工作者才實行了比較多的研究。縱觀各個期刊發(fā)表的模型建構教學的相關文獻，主要體現在這些方面：A.模型建構教學的具體案例，常以教學案例形式出現;B.教材中涉及到的模型知識的總結；C.生物教材中數學模型、物理模型等的建構；D.模型基本要素和功能的論述。（2） 文獻總體趨勢分析①“模型建構教學”文獻總體趨勢分析在中國知網輸入“模型建構教學”主題檢索，合并在中國基礎教育資源總庫跨庫檢索，獲得數據來源文獻總數：1347篇，對獲得數據從以下幾方面分析得到如下數據圖：圖一“模型建構教學”文獻年度分布總體趨勢分析圖二“模型建構教學”文獻主題分布②“模型建構生物教學”文獻總體趨勢分析：在中國知網輸入“模型建構生物教學”主題檢索，合并在中國基礎教育資源總庫跨庫檢索，獲得數據來源文獻總數：173篇，對獲得數據從以下幾方面分析得到如下數據圖：圖三“模型建構生物教學”文獻年度分布總體趨勢分析圖四“模型建構生物教學”文獻主題分布③輸入“模型建構初中生物教學”實行主題檢索，獲得數據來源文獻總數僅有7篇。綜述通過檢索，從文章的分布來看2000年后居多，這也符合了新課改對模型教學的要求，這些文章主要圍繞著課標中提出的物理模型和數學模型的建構活動展開教學設計，如嘗試制作細胞結構模型、呼吸運動模擬模型、遺傳規(guī)律模型等。這些案例無不說明模型教學的重要意義，教師在模型建構活動中也發(fā)現了很多問題，比如有研究者指出很多模型建構活動違背了模型方法的初衷而變成了純手工課，還有研究者指出模型建構活動不但適用于新授課，還適用于復習課和習題課，絕大部分研究者對教材中的生物模型素材實行了歸類，但顯然很多建模活動根本沒有展開，比如呼吸作用圖解、光合作用圖解都被歸類到了概念模型，這種歸類方式是大家普遍接受的，但縱觀生物學教學的主流雜志，均沒有這部分內容的建?；顒拥慕虒W設計，似乎這個模型素材僅僅被提出而沒有具體的應用，這種情況普遍存有。當前建模教學很少融入中學課堂，已有研究認為主要有兩個原因：一是教師比較缺乏與建模相關的高質量課程材料，二是在課堂中展開建?；顒訉處熞蠛芨撸黄渲械诙€原因主要是指教師對模型和建模知識的理解會影響建?；顒拥恼归_，即影響建模教學的展開?；谶@個現狀，課題組成員認為生物模型建構教學的研究尚存有很大的研究空間，尤其是在初中生物學模型建構教學中理應投入更多的精力去探討很多生物模型素材建構活動的現實意義，只有這樣才能真正達到課標的要求。2.研究內容：本課題的研究對象、主要目標、子課題設計、重點難點等。(一)研究對象以魯科版教科書為主的多種版本的教科書作為研究載體，以課堂教學和課后實踐重點研究模型及模型建構教學及案例的積累。初中生物模型建構教學現狀的調查研究通過對學生、教師實行問卷調查、訪談等量化研究和質性研究，了解當前初中階段生物模型建構教學的實施現狀。開發(fā)豐富的生物學模型建構資源和案例探索生物學模型建構教學，形成生物學模型建構教學的策略，然后實行科學有效的實施。(-)主要目標梳理模型與建模的相關理論。模型建構是個學習領悟科學方法的過程，利于改變傳統的教學方式，實現由單一的傳授教學方式向“做中學”學習方式轉變。優(yōu)化生物教學設計。在模型建構的過程中，學生持續(xù)受到科學思想方法的熏陶，逐漸形成借助于科學方法解決問題的思維模式。這不但有助于提升學生獲取知識的速度，促動他們深刻地領會和掌握知識，產生一種對問題的敏感性、洞察力，迅速抓住問題的本質，找到解決問題的途徑。3.研發(fā)模型建構的教學案例。在構建模型中，引領學生首先使用觀察、分析、綜合等科學方法從原型中提取出有用的信息，然后使用抽象、概括、類比、聯想等科學方法構建模型，進而解決問題。利于發(fā)展學生的科學探究水平，發(fā)展學生的科學思維。（三） 子課題設計（教學內容）（四） 重點難點1.研究重點（1） 深入研究課標教材研究學生，發(fā)現教學中能夠使用模型與建模的課程資源，明確模型的分類、建模的相關理論和適用范圍。做好各種準備工作，使模型及建模的作用最大化。（2） 培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識和水平。在教師的指導下，發(fā)揮學生的參與意識，培養(yǎng)學生動手水平和創(chuàng)新水平，使通過模型建構理解生物學知識建構重要概念。研究難點（1） 增強集體學習研討，使課題組成員能深入理解模型及建模的相關理論，梳理總結概念模型、數學模型的建構教學探索。（2） 通過建立模型的教學、學生的實踐，使學生能夠較好突破思維定勢、發(fā)展自我，培養(yǎng)他們甄別信息的水平，進而通過抽象、簡化等方法構建模型。創(chuàng)新之處：本課題與已有同類研究比，在思想觀點、研究方法、教育教學實踐等方面的特色和創(chuàng)新。模型建構在生物學教學中的應用,不但利于發(fā)展學生的認知水平，系統的統籌學科知識，而且能夠促動學生的創(chuàng)新水平、動手水平水平、科學探究水平，最終使學生的生物科學素養(yǎng)上升一個層次。通過本課題的研究，將在以下幾個方面有所創(chuàng)新和突破：（-）思想觀點創(chuàng)新本研究梳理出模型、模型建構的概念及界定，對各種模型的分類標準加以對比分析，明晰初中生物學教學中模型建構的特點、作用及原則，將教材中的模型實行系統的歸類，豐富生物學方面的模型資源，使得模型及模型建構的內涵與外延更豐富。2.通過課堂教學和課后實踐，形成初中生物學模型建構教學的策略，更具有針對性和實效性。模型建構能夠協助學生形成知識間的遷移，從而形成知識脈絡，利于整體把握生物知識，培養(yǎng)學生的探究水平以及合作精神。在不同主題的教學中實行模型建構教學的實踐研究，為一線教師及教育研究者提供一些理論參考。本研究整合了多位生物教師的智慧，對學生現階段的學習和發(fā)展以及終身學習都有指導意義，利于提升學生的學習興趣、培養(yǎng)他們的生物科學素養(yǎng)。（-）研究方法創(chuàng)新一是調查研究，通過調查問卷和教師訪談積累了大量原始數據，基于在不同主題內容中模型建構教學實施的追蹤研究，通過真實的數據，得出的結論，也就更有說服力。二是行動研究，通過大量部級優(yōu)課的課堂觀察和日常典型課例的教學實踐與探索,形成模型建構教學的優(yōu)化設計案例和不同類型模型的制作方案，通過課后追蹤測驗、課堂學生行為觀察，使用腦科學原理和認知建構原理來分析模型建構教學對促動學習效果的價值。（三）教育教學實踐創(chuàng)新系統梳理與挖掘模型建構的內容。本研究對《義務教育生物學課程標準》（2011年版）和最新的《普通高中生物學課程標準（2017年版）》中與模型建構相關的說明與要求實行了分析與總結，研究具有一定的時效性。本研究對初中生物學教科書中的生物模型類型及適合教師展開模型建構活動的教學內容實行較為全面的梳理與挖掘，有利于一線教師今后能更加深入、靈活地實行模型建構教學。課堂教學實踐觀察研究。本研究對初中生物學中模型建構教學的優(yōu)質課堂教學實踐或視頻實行較為深入的課堂觀察研究。查閱近年來與模型建構教學相關的文獻發(fā)現，當前并沒有學者對初中生物學中模型建構教學實行過深入的課堂觀察研究，本研究在這方面的研究方法和研究深度上具有一定的創(chuàng)新性。優(yōu)化設計和研發(fā)典型案例。本研究根據對模型建構教學視頻的課堂觀察結果，借鑒教學中的成功經驗并避免教學中的不足之處，基于模型建構的教學流程對典型的課例實行相對應的教學設計和教學實踐，為一線教師提供了可借鑒的物理、概念、數學模型建構教學案例。思路方法：本課題研究的理論假設、研究方法、研究計劃、實施步驟、研究的可行性分析等。（一）理論假設1.理論假設（1） 不同種類的生物學模型具有不同的特點及獨特的教育價值,彼此不是割裂的，分類梳理、總結各種模型的建構規(guī)律，利于實現類結構教學。（2） 模型建構促動教學可視化表現，更直觀、更簡約，符合學生的認知規(guī)律，有利于培養(yǎng)學生的科學思維和探究水平。（3） 本研究實現模型建構教學的本土化、個性化，通過“做中學”促動學生的科學思維和探究水平的培養(yǎng)。（4）模型建構教學是完善教學理論與實踐的需要，利于提升生物教師的實踐研究及綜合學習的水平。（二）研究方法1.文獻研究法制定研究方案前，通過查閱相關書籍、報刊及在中國知網數據庫中搜集和整理“模型、模型教學、模型建構、生物學教學”等相關的文獻資料，了解模型建構的研究現狀及成果，提煉出與生物模型建構相關的有效信息，以期為本研究提供理論支撐。在研究過程中，了解研究成果更新情況，即時調整研究方案。調查研究法研究初期，通過問卷調查或座談，了解本校師生對模型及模型建構教學的理解、現狀及存有的問題，并結合查閱的國內外相關研究成果，初步確定本課題研究的內容、目標及重難點，制定課題研究方案。行動研究法重點研討分析課標、教材，設計岀以促動知識理解的模型建構的教學案例或學習方案，通過課堂觀察，課后測驗來探究分析模型建構對促動學習效果的價值，進一步完善研究。案例研究法在模型建構過程會遇到一系列的問題，比如學生選擇的材料是否可行、怎樣更好地體現岀實際對象發(fā)生的過程及特點等,在這些問題解決的過程中，教師可引導學生將解決方法實行歸納與分析，使之系統化、理論化，為其它模型的建構提供協助。5.經驗總結法在前期實驗的基礎上，收集和整理實驗材料，梳理、總結實驗所取得的成果、使用的策略及方法、模型建構研究取得的經驗和不足，為課題結題做準備。（三）研究計劃與實施步驟1.準備階段：（1）成立課題研究小組，學習與課題相關的文獻。（2） 設計調查問卷或座談，了解初中生物學模型建構教學的現狀及存有的問題，分析成因并找到解決的初步辦法。（3） 召開課題組會議，在調查分析和文獻學習的基礎上，擬定課題研究思路，制訂研究方案；多輪論證并完善課題研究方案；填寫課題申報表，完成課題申報工作。（4） 參加齊魯名師建設工程人選專家組統一組織的開題論證會,根據開題專家提出的意見和建議完善課題研究方案。負責人：（2）實施階段：（1） 召開課題組研究部署會，按照研究計劃布置課題研究分工，分別實行模型、模型建構、模型建構教學、模型建構與初中生物教學的研究，收集相關數據，積累經驗。（2） 課題組內部對研究實行階段性評估，展開階段性研究成果評選活動，對實驗項目進展情況實行定性和定量測評。（3） 整理資料、分析數據，撰寫課題中期研究報告，接受區(qū)教科