新課程下模型方法對學生創新思維和創新能力的培養

　　摘 要： 當今世界，科學技術已成為經濟社會發展的決定性力量，而自主創新能力又是國家競爭力的核心。加快科技進步，關鍵在自主創新。要建設創新國家必須從人才抓起，從基礎抓起，從娃娃抓起，當務之急是培養我國未成年學生的創新意識和創新能力。本文主要介紹了新課程下生物教學中模型和模型方法的內涵，結合具體案例，闡述了模型建構方法在培養未成年學生創新意識和能力以及提高學生生物科學素養中的功能。
　　關鍵詞： 新課程 創新意識 創新能力 模型方法 培養
　　
　　創造性教育是素質教育的靈魂所在。目前在理性知識的傳授中，學生學習的主要內容普遍是通過給予獲得，缺少內化前的自我發現過程。教學中的“模型方法”教育太少。拿習題教學來說，幾乎每道習題都是從生命現象中抽象而來，已經把研究對象（原型）的一些次要細節、非本質的聯系舍去。這些本應由學生去體驗的去偽存真的工作被取代了。這樣必然使學生缺少了部分必不可少的認識過程，最終使學生的思維能力出現了缺陷。所以利用模型方法培養創造性思維能力的作用是不可忽視的。
　　學生的模型思維能力是指學生在學習生物知識的過程中對生物模型的識別，在解決生物問題的過程中對生物模型的構建或還原，以及依據恰當的生物模型處理實際問題的能力。應根據教材內容，挖掘模型資源，循序漸進地對學生進行這方面的教學滲透，讓學生的模型思維能力有一定的發展與提升，從而培養學生的創新意識和創新能力。
　　1.對模型方法的認識
　　模型是人們為了某種特定目的而對認識的對象所做的一種簡化的概括性描述，這種描述可以是定性的，也可以是定量的。有的借助于具體的實物或其他形象化的手段，有的則通過抽象的形式來表達［１］。建立模型的過程，是一個思維與行為相統一的過程。通過對科學模型的研究來推知客體的某種性能和規律，借助模型來獲取、拓展和深化對于客體的認知的方法，就是科學研究中常用的模型方法［2］。模型的教育意義需要通過“建構”來實現：模型建構活動中，往往需要進行觀察或實驗，需要進行歸納和演繹，需要運用已有的知識進行假設、模擬，將復雜的事物進行簡化，抽象出其本質屬性，需要將頭腦中抽象的概念具體化、形象化；通過親身參與這樣的活動，學生在探索思考中可以體會到模型建構的方法［3］。模型建構有助于培養學生的創造性思維能力，因為建模活動本身就是一項創造性思維能力。
　　2.模型方法的建構
　　模型方法是以研究模型來揭示原型的形態、特征和本質的方法，是邏輯方法的一種特有形式。模型舍去了原型的一些次要的細節、非本質的聯系，以簡化和理想化的形式去再現原型的各種復雜結構、功能和聯系，是連接理論和應用的橋梁。
　　3.新課標教材（人教版）有關模型方法的內容
　　新課程下對學生進行模型方法教育，就是要讓學生置身于探索生物學現象、發現生命規律的活動中，在建立模型的過程中學會觀察和統計的方法、實驗的方法、歸納與演繹的方法、假設的方法、近似的方法，等等。這樣，學生就會主動地去思考、探索，順著科學的思路和方法去感知、去思索，在不知不覺中，培養了自己創新意識和創新能力，領略到生物學知識的真諦。新課標教材（人教版）明確寫明要用模型方法去解決的內容共有10個，在這基礎上學生通過對教材中模型建構方法的學習，自主創新設計。以下是學生自主創造的模型：葉片的結構模型（圖一）、反射弧的結構（圖二）、草履蟲模型（圖三）、心臟結構模型（圖四）、生物膜模型（圖五、圖六）。這些創造性的創作體現了學生的創造性思維，也培養了創新能力。
　　4.模型建構有利于培養學生的創新思維
　　案例1：植物細胞結構實物模型的制作
　　必修1第3章《制作真核細胞模型》，教材中提到通過電子顯微鏡下能觀察到的細胞細微結構，但學生缺乏感性認識，感覺比較抽象。如果讓學生親身體驗制作“細胞”的立體結構模型，對細胞原型進行模仿，使抽象的東西具體化。在這個過程中，學生必須考慮動物細胞包括哪些主要結構，植物細胞包括哪些主要結構，它們在細胞中的如何分布，細胞各部分結構所占的比例，以及選擇什么樣的材料才能把自己大腦中所認識的細胞形象具體地反映出來。這當中包括材料的質地，各結構之間如何連接等細節都需要學生通過縝密的思考、討論和交流，才能在大腦中建立直觀形象的模型（物理模型），才能完成模型的建構以該實踐活動的成果中，可以看出學生創新思維的痕跡。如用玩具外殼或硬紙殼或精美的包裝盒作“細胞壁”，用塑料薄膜作“細胞膜”，用玩具高爾夫球涂上顏料制作“細胞核”，用紙巾縮成一團涂上顏料（有的用綠豆、大豆、紅豆、橡皮泥，鞥等）作“核糖體”，用紙巾折疊涂上顏料（或用橡皮泥等）作“線粒體”，用水果外包裝紙涂上顏料（或用橡皮泥等）作“內質網”，用布條涂上顏料（或用橡皮泥等）作“高爾基體”，用橡皮泥（或用花豆、果仁等）當做“葉綠體”，用牙簽涂上顏料作“中心體”，用瓊脂或者涼皮制作透明的“細胞質基質”，等等。
　　另外，必修一第三章第三節中利用廢舊物品建構生物膜模型中，學生不拘泥于教材提供的材料，大膽創新：用乒乓球或紙滾成像球作為“磷脂雙分層的頭部”，用棒棒糖棍子作為“磷脂雙分子尾部”，用涂料泡沫或紙片作為“蛋白質“，用鐵絲穿過紙片作為“糖類”，有的甚至連接電池，讓其通電形成電流模擬生物膜的流動性。以上所有制作無不體現學生的創新思維，充分展現了學生的創造力、想象力。
　　5.模型建構有利于培養學生的創新能力
　　案例1：構建種群數量增長數學模型
　　在進行“種群數量的變化”教學時，雖然教材中所給出的模型都是比較經典的數學模型，但仍可利用這些素材作為基礎，通過深化來培養學生的創新精神。如在建構了兩種不同的種群增長模型后，學生還會提出很多問題：自然界中種群數量的變化就只有這兩種模型嗎？在“培養液中草履蟲種群數量的變化”這一探究實驗中，如果不每天添加新的培養液，數量的變化是不是就是S型增長？S型增長的前半段是不是就是J型增長？要研究種群的數量變化還有哪些比較理想的材料？等等，這些問題都是學生在教師構建種群數量增長模型提出來的。雖然有的可以找出答案，有的沒有定論，但這些問題卻可以加深學生對種群數量增長數學模型的理解，對這些問題的研究過程也是學生根據自己所獲取的知識進行創新的過程。
　　案例2：基因的自由組合規律的圖表模型
　　在遺傳規律的教學中，以一對等位基因的遺傳為基礎，讓學生理解含一對等位基因的雜合體產生的配子種類、子代基因型及表現型的種類和比例，然后借助遺傳圖解和概率計算，引導學生推理出兩對位于非同源染色體上的非等位基因的遺傳結果，最后學生抽象出含n對非等位基因（位于非同源染色體上）的雜合體的遺傳行為和結果，得出表現型比（3∶1）n、基因型比（1∶2∶1）n、表現型2n、基因型3n等結論，構建起基因的自由組合規律的圖表模型，并通過親子代相關基因型與表現型的互推及概率計算等的訓練，加深對模型的理解和應用。這一過程也體現了學生的創新能力得到了培養。
　　總之，學生通過對教材中構建模型的學習，進一步分析、思考、舉一反三，最后自主創造出其他生物模型，也體現著模型建構可以培養學生的創新能力。模型的建立要經過不斷的分析、創新、修正才能得到，是一種創造性活動，學生可從中受到啟發，激發學生的創新意識，對學生創造能力的培養能起到積極的作用。
　　綜上所述，我認為在新課程下的生物教學中構建模型有助于是培養學生的創造性思維能力，對學生創新能力的培養也起到一定的積極作用。用模型方法來描述生命現象，有助于學生從總體上去認識生命的原貌，把握生命的本質特征。用模型建構的方法來反映生命活動的規律，更容易被學生接受，也加強了師生間的互動，體現了新課程的理念。但是我們要注意的是在教學中注意：模型的建構不是放手讓學生游戲或是當成制作一個工藝品，應該有目的、有組織地進行才能收到比較滿意的效果。總之，模型建構可以體現了師生的共同智慧，培養學生的創造性思維，提高學生的創新能力，進而提高學生的生物科學素養。
　　
　　參考文獻：
　　［1］朱正威，趙占良.普通高中課程標準實驗書生物1分子與細胞.人民教育出版社，2007：54-55.
　　［2］周瑞平，易光明.模型方法——現代科學研究的重要手段.武漢交通科技大學學報，2000，13，（3）：25-27.
　　［3］譚永平.高中生物學新課程中的模型、模型方法及模型建構.生物學教學，2009，34，（1）：10-12.