高中生物模型教學的研究進展

摘要:目前，新教材改革的一個亮點是許多生物學的概念、原理、過程都運用模型建構的方法來展示并解決問題。模型方法作為一種現代科學認識手段和思維方式，所提供的觀念和印象，不僅是學生獲取知識的條件，而且是學生認知結構的重要組成部分，在高中生物教學中有著廣泛的應用價值和意義。

關鍵詞:高中生物;模型;教學;研究現狀

當代素質教育觀認為:傳授給學生知識，不如傳授給學生學習知識的方法。當代科學課程不僅重視知識緯度目標的實現，更加重視能力和情感目標的落實。在眾多的科學方法中，模型及模型方法作為一種現代科學認識手段和思維方法，它所提供的觀念和印象，不僅是學生獲取知識的條件，而且是學生認知結構的重要組成部分。不僅如此，模型以其所具有的描述、解釋和預測等功能在科學研究中也具有較大的價值。目前教學中非常倡導的探究性教學，是使學生在體驗與創造中學習，認識外在世界，在潛移默化中實現知識、情感、態度與觀念的變化和發展。在教與學的過程中，運用模型可極大地促進研究性學習活動的開展，并使學生在模型建構和模型運用中體會探究的樂趣。

21世紀生命科學發展日新月異。高中教學中生物課程的地位也在不斷提高。模型及模型方法在生物教學中同樣有著廣泛的應用價值和意義。美國《國家科學教育標準》中明確把模型和科學事實、概念、原理、理論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能力;我國教育部2003年頒布的《普通高中生物課程標準(實驗)》中，也明確將獲得生物學模型的基本知識作為課程目標之一，并在內容標準或活動建議部分作了具體規定。這是我國中學生物學課程發展歷史上第一次如此重視“模型”。

一、國內對模型教學研究現狀

模型是把原型經過一定程度的簡化或抽象后，對其本質的體現。教師在講授抽象知識或者肉眼無法看到的物體時一般會借助掛圖、實物模型等，因而這些形式的模型早在建國初已經在教學中得到應用，也有不少企業專門生產實物模型供教育系統應用。然而對模型及模型教學相關理論的研究歷史卻不長，其主要原因是一直以來，教育工作者對模型在實踐中應用的價值不明確。自從研究性學習概念提出以后，模型的重要性引起了教育工作者的重視。

對于模型的定義，中國學者張瓊等在其著作《科學理論模型的建構》中提出:模型有狹義和廣義之分，狹義的模型指與某一對象具有相似性的系統;科學理論模型有物理模型和數學模型之分。孫小禮等認為科學模型包括物質形式和思維形式兩種。關于模型建構的模式國內一般認為分為:觀察現象—提出假設(模型的初步構建)—實踐驗證—結論(模型的確立)等程序，可見模型建構的過程與科學探究的過程極為吻合。關于模型的教學應用，國內所作的相關研究很少。隨著網絡的應用，電腦模擬在教學中的應用也越來越廣泛，在國內主要是一些Flash課件的開發，模擬科學過程、科學現象等。

由于教師認為某些知識不借助模型，同樣也可以講授——即模型是可有可無的，所以模型教學并不受重視。這一方面與教師沒有充分認識到模型的價值和功能有關，一方面也與學校資源的缺乏及高考導向有關。但筆者發現隨著教學改革的深入，近年來高考題相應出現考查模型的題目，這對于促進模型教學研究是可喜的。在具體教育實踐過程中，有些模型建構的活動，成為手工制作的課堂，而沒有發揮模型指導學生理解和掌握知識、體會科學探究過程的作用。

從各個期刊發表的模型教學的相關文章來看，主要集中在這些方面:模型教學的具體案例，通常以教學設計形式出現;教材中涉及到的模型知識的總結;生物教材中數學模型、物理模型等的建構;模型基本特征和功能的概述。同時教師也在重視運用信息技術進行模型教學的嘗試?？傮w特點是經驗性的陳述比較多，但研究的深度和高度不夠。

二、國外對模型教學的研究現狀

美國等國家比較重視模型對科學教育的重要性。在美國《國家科學教育標準》中明確把模型和科學事實、概念、原理、理論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能力。在美國科學促進協會所著的《面向全體美國人的科學》中把“系統、模型、恒定與變化、規?！钡茸鳛樵诳茖W、數學和技術領域中充滿并反復出現的一些通用概念，并對模型進行了明確的分類;國外的科學教材中也有很多涉及模型應用的模擬實驗等。國外的學者對于模型，比較傾向于使用Gilbert和Ingham在1991年提出，并在1995年補充說明的定義:模型是對某一系統的簡化模擬，它著重于此系統特定的方面。一個模型既可以是一個物體也可以是一個事件、或者是一種想法、一個過程等。澳大利亞學者Harrison具體對模型進行了分類，共10大類，并對每一類間的相互關系給予說明。關于模型建構的研究，Rosaria、Lesh和Lehrer在其論文中分別作了研究并提出了各自模型建構的模式。關于模型教學的應用研究，國外的一些學者針對教師作了調查，希望了解教師對模型本質的了解情況，如VanDriel和Verloop對教學經驗豐富的科學教師進行調查，發現科學教師都能對模型進行一個普遍的闡述;Smit和Finegold對新手教師的調查發現，新手教師的模型知識存在較大的局限性;DeJong和VanDriel對師范生關于模型及模型建構的內容知識和教學知識進行研究，發現這些準教師對模型內涵的理解也很狹隘。David F.Treagust等調查了學生對科學模型在科學學習過程中的作用的認識，發現有部分學生認為模型必須是原型的復制品，或者模型與原型在任何一個方面都相同，除了大小，這樣的模型才是無懈可擊的。國外的計算機模擬模型不僅應用在科學領域也運用在社會科學領域，某些網站如NetLogo、Model It 等可以幫助學生自己設計并建構模型來模擬科學過程以及社會交際的場景。這種更友好、更形象、更真實的方式受到學生和教師的歡迎。

國外的研究中單獨對生物模型教學研究的數量不多，大多把生物學中相關知識作為研究科學模型教學的案例如:有的科學家利用“血糖調節模型”一節來研究用概念地圖來使學生內在的思想模型實現對外表征。

三、結論與展望

在高中生物教學中有豐富的模型資源。一方面，教材中已有的許多結構模式圖、結構示意圖、原理過程圖解等插圖都是教學中的科學模型，它所包含的生物學知識具有簡化、直觀化的作用。學生可以從模型出發，對原型的未知屬性、事實進行推測，發現其中的問題，從而認識事物中所蘊涵的規律。因此運用模型和模型方法進行教學，能夠促進學生的認知水平的發展，促進學生對知識的理解。

另一方面，通過模型建構活動突出模型和模型方法，讓學生于探索科學現象的樂趣中，發現科學規律。在建立模型的過程中，學會觀察的方法、實驗的方法、歸納與演繹的方法、假設的方法、近似的方法等，幫助學生建立良好的知識結構體系。同時增強了學生的建模意識、提高了學生的建模能力，同時也訓練了他們應用模型的能力，形成正確地對待科學問題的觀點和態度。

然而，我們也應當清醒地認識到模型方法的局限性。科學模型畢竟是一種相似物，這種相似的程度有高有低，有時可能與原型相差甚遠。因此，依靠模型方法絕不可能窮盡對客體的認識。同樣道理，在中學生物教學中進行模型建構教學，也應當深刻理解模型的特征，正確使用模型方法，避免出現形而上學、簡單化、絕對化等誤區。在教學中引入模型方法，最重要的還是促進學生學習方式的轉變，培養學生創新思想、批判性思維和建模運模能力。

參考文獻:

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[2]孫小禮，張增一.科學方法中的十大關系[M].上海:學林出版社，2004.

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(上海華東師范大學生命科學學院)