模型構(gòu)建理論在中職生物教學(xué)中的應(yīng)用探析

【摘 要】模型構(gòu)建作為認(rèn)識客觀世界的重要方法，可以使抽象的問題直觀化、復(fù)雜的問題簡單化、雜亂的問題條理化。筆者結(jié)合自身的教學(xué)實踐發(fā)現(xiàn)，通過與生物科學(xué)豐富的教學(xué)資源相結(jié)合，模型構(gòu)建理論在中職生物教學(xué)實踐中產(chǎn)生了極大的教學(xué)價值，不僅能促進(jìn)學(xué)生認(rèn)知水平，而且能提升學(xué)生實踐能力，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情，為推動當(dāng)下生物教學(xué)改革、提升學(xué)生綜合素質(zhì)能力具有極其重要的作用。

【關(guān)鍵詞】模型構(gòu)建；生物教學(xué)；素質(zhì)教育

當(dāng)前，推行課程改革和素質(zhì)教育的勢頭如火如荼。黨的“十八大”報告明確提出，要努力辦好人民滿意教育，全面實施素質(zhì)教育，深化教育領(lǐng)域綜合改革，著力提高教育質(zhì)量，培育學(xué)生社會責(zé)任感、創(chuàng)新精神、實踐能力。這無疑為未來的教育發(fā)展指明了方向。具體到微觀的生物學(xué)教學(xué)，究竟該如何推進(jìn)教學(xué)創(chuàng)新、提高學(xué)生素質(zhì)呢？筆者從多年的生物學(xué)教學(xué)實踐中認(rèn)識到，引入先進(jìn)的教學(xué)理論并將之成功運用到教學(xué)實踐中去，對于突破傳統(tǒng)教學(xué)模式弊端，推進(jìn)教育改革和素質(zhì)教育有著至關(guān)重要的作用。在這里，筆者擬結(jié)合自身教學(xué)案例實踐對一種新型教學(xué)理論——模型構(gòu)建理論進(jìn)行闡述，不足之處，還請方家雅正。

一、模型構(gòu)建的基本理論

模型是指人們按照科學(xué)研究的特定目的，在一定的假設(shè)條件下，運用物質(zhì)形式或思維形式再現(xiàn)原型客體的某種結(jié)構(gòu)、功能、屬性、關(guān)系、過程等本質(zhì)特征的過程。模型兼具工具性和對象性的雙重屬性，即一方面模型是主體即科學(xué)研究者所創(chuàng)建的用于研究客體對象的工具，另一方面模型又作為客體的代表，是主體進(jìn)行研究的直接對象。同時，模型還具有形成過程的抽象性、形成結(jié)果的直觀性等特點，可以使復(fù)雜的問題簡單化，使雜亂的事務(wù)條理化，是一種特殊的方法論。

以模型為載體，借助模型來獲取相關(guān)科學(xué)知識，是現(xiàn)代科學(xué)研究中常用的方法。依據(jù)科學(xué)模型的分類方法，可以分為物質(zhì)模型和思維模型。物質(zhì)模型比較具體化，包括天然模型和人工模型。天然模型是指以天然存在物為科學(xué)模型，比如人類仿造飛鳥設(shè)計出飛機，就是人類模仿某種生物的功能來構(gòu)思和創(chuàng)造服務(wù)于人類的產(chǎn)品。人工模型是人為制造的科學(xué)模型，即人類為更好地研究宏觀世界和微觀世界，采用制造人工的實物模型進(jìn)行模擬研究，比如生物學(xué)領(lǐng)域廣為人知的“生物圈2號”實驗室，就是一個研究生物圈結(jié)構(gòu)和功能的生態(tài)實驗室。思維模型與物質(zhì)模型相比更加抽象，它包括概念模型、數(shù)學(xué)模型和理論模型。概念模型是對研究客體所做的一種科學(xué)抽象，比如生物學(xué)中各類細(xì)胞的模式圖、隱形和顯性基因的字母化、DNA復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和翻譯的示意圖等，大多為生物學(xué)中的核心概念。數(shù)學(xué)模型是把所研究的問題運用符號語言表述為一種數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)，通過數(shù)學(xué)模型的邏輯推理、求解和運算來獲取客觀事關(guān)的相關(guān)結(jié)論。理論模型則是針對某個問題，在大量科學(xué)事實的基礎(chǔ)之上進(jìn)行系統(tǒng)分析、綜合，得出基本概念，通常以“假說—演繹體系”進(jìn)行推導(dǎo)，比如生物學(xué)中細(xì)胞膜流動鑲嵌學(xué)說，就是一種理論模型。

多種類別的模型相互交叉組合，為科學(xué)研究提供了多樣的指導(dǎo)思想和強大的理論武器。但是在構(gòu)建模型的過程中，必須牢牢把握三個方法論原則：

1.相似性與簡單性要相統(tǒng)一

就相似性而言，要使模型與研究的客體具有本質(zhì)上的相似性，才能在模型構(gòu)建的過程中撇開次要因素、次要矛盾，抓住本質(zhì)性和關(guān)鍵性的東西。從簡單性來說，就是要化難為易、去繁就簡，使復(fù)雜的事務(wù)可以通過比較簡單的模型來進(jìn)行研究。

2.具有可操作性和可驗證性

模型要與研究的客體有相似性和簡單性，但這兩種特性必須是可操作、可驗證的。只有那些能夠檢驗結(jié)果是否正確的模型才是能夠經(jīng)受住考驗的模型，才能在理論上和實踐上更加完善、更能指導(dǎo)學(xué)科研究。

3.綜合運用多種知識和各類方法

構(gòu)建模型、運用模型和檢驗?zāi)Ｐ蜎]有固定的方法和刻板的程序，要能綜合靈活地運用多種多樣的知識和方法，充分發(fā)揮邏輯推理的力量，進(jìn)行認(rèn)真的歸納和演繹，進(jìn)行科學(xué)的分析與綜合，做到經(jīng)驗方法與理論方法結(jié)合，理性思維與感性思維并用。

二、模型構(gòu)建理論在中職生物教學(xué)中的應(yīng)用價值分析

模型是對所研究問題的簡化、優(yōu)化和理想化，是對已有的知識、經(jīng)驗去偽存真、去粗取精后建立起來的，因此模型本身就體現(xiàn)為對客體已有認(rèn)識的總結(jié)，是科學(xué)認(rèn)識的一種階段性成果。同時，模型又要代替客體成為研究對象，包含著新的猜測與假設(shè)，覆蓋著新的概念的思想，是進(jìn)一步研究課題的新起點。模型的這種兼具對象性和工具性的特征，在學(xué)科教學(xué)尤其是生物教學(xué)中具特殊的作用。

運用模型構(gòu)建理論進(jìn)行生物學(xué)研究的歷史源遠(yuǎn)流長。孟德爾、摩爾分別以豌豆、果蠅為研究模型，發(fā)現(xiàn)了遺傳學(xué)的三大定律；林德曼、奧頓分別選擇奧達(dá)伯格湖、銀泉為生態(tài)系統(tǒng)模型，揭示了生態(tài)系統(tǒng)的能量流動定律；米勒通過人工模擬在時間上極為遙遠(yuǎn)的自然條件，證明了生命起源的進(jìn)化過程在40多億年前是可能存在的。正式因為以模型構(gòu)建為載體解決許多生物科學(xué)的問題，《普通高中生物課程標(biāo)準(zhǔn)》也將“模型”知識列為高中生物課程的主要知識目標(biāo)之一。生物學(xué)科學(xué)中擁有豐富的模型資源，對模型的恰當(dāng)使用可以幫助學(xué)生更加準(zhǔn)確地理解和掌握生物學(xué)的基本原理，幫助學(xué)生有效構(gòu)建完整的知識結(jié)構(gòu)體系。因此，熟練掌握模型構(gòu)建教學(xué)的理論體系，恰當(dāng)運用構(gòu)型構(gòu)建理論指導(dǎo)生物教學(xué)實踐，對推動生物教學(xué)改革發(fā)展、提升學(xué)生綜合素質(zhì)能力提升具有舉足輕重的作用。

生物教學(xué)實踐中的模型構(gòu)建一般包括以下五個步驟：

1.原型分析

首先要了解問題的實際背景，根據(jù)研究目的對研究對象進(jìn)行認(rèn)真的歸納和演繹，進(jìn)行科學(xué)的分析和綜合，找出原型的某種本質(zhì)特征。

2.模型準(zhǔn)備

發(fā)揮創(chuàng)造力和想象力，弄清模型的包含內(nèi)容或構(gòu)成要素之間的邏輯關(guān)系，明確所構(gòu)建的模型類型并指導(dǎo)該模型的特征和表現(xiàn)形式。

3.模型假設(shè)

模型假設(shè)是模型構(gòu)建的關(guān)鍵。要根據(jù)對象的特征和建模的目的，對問題進(jìn)行合理的簡化，用精確的語言作出假設(shè)。通常作為假設(shè)的依據(jù)，一是來自對數(shù)據(jù)或現(xiàn)象的分析，二是出于對問題內(nèi)在規(guī)律的把握，或者是兩者的綜合。在開展模型假設(shè)時，既要能綜合交叉地運用與問題相關(guān)的生物、化學(xué)、物理、數(shù)學(xué)等方面的基礎(chǔ)知識，又要能觸類旁通地充分發(fā)揮想象力、觀察力和判斷力，辨別主要矛盾和次要矛盾，抓住主要因素，舍棄次要因素，盡量將問題線性化、均勻化。在這里，教師豐富的教學(xué)經(jīng)驗將起到重要的引導(dǎo)作用。

4.模型檢驗

對照研究目的，初步檢驗構(gòu)建的模型是否符合實際，確保其科學(xué)性。然后進(jìn)一步修飾完善模型，或者重構(gòu)模型，力求規(guī)范、整潔、直觀、有美感。最后構(gòu)建出正式的模型。

5.模型運用

模型構(gòu)建完成以后，必須能在教學(xué)實踐中反復(fù)應(yīng)用，才能取得良好的教學(xué)效果，并且在實際應(yīng)用中不斷改進(jìn)和完善。

近年來，筆者在生物教學(xué)實踐中廣泛運用模型建構(gòu)理論開展課堂教學(xué)，比如運用概念模型構(gòu)建“生態(tài)系統(tǒng)”教學(xué)案例，運用數(shù)學(xué)模型構(gòu)建“生物種群增長”教學(xué)案例，運用理論模型構(gòu)建“細(xì)胞膜的流動鑲嵌”課程等，發(fā)現(xiàn)模型構(gòu)建理論在教學(xué)實踐中具有極高的教學(xué)價值：

1.能夠極大促進(jìn)學(xué)生的知識認(rèn)知水平

在具體的生物教學(xué)過程中，模型提供觀念與印象，不僅是學(xué)生進(jìn)一步獲取知識的必要條件，而且是學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)的組成部分。這在生物學(xué)概念的學(xué)習(xí)過程中體現(xiàn)得尤為明顯。比如筆者在教授“同源染色體”概念時，就讓學(xué)生參照教材上的圖解，用形狀相同、顏色不同的橡皮泥制作同源染色體模擬“精子的形成過程”。學(xué)生通過對模型的自主評價，就會發(fā)現(xiàn)同源染色體的特征：形態(tài)結(jié)構(gòu)相同、代表來源不同，在鍵鼠分裂I前期配對、中期形成四分體、后期分裂到不同生殖細(xì)胞中。通過直觀化的模型構(gòu)建教學(xué)法，使知識概念經(jīng)驗化、直觀化，促使學(xué)生的認(rèn)知水平從具體向抽象過渡，又在具體生物教學(xué)實踐中由抽象指導(dǎo)具體，獲得了知識水平的飛躍。

2.能夠極大提升學(xué)生的實踐創(chuàng)新能力

模型構(gòu)建的過程是根據(jù)研究的任務(wù)和目的抽象出被研究客體的本質(zhì)特征。在這個過程中，要舍棄許多細(xì)枝末節(jié)和非本質(zhì)的屬性，歸納、抽象、簡化處問題的本質(zhì)，并制定出解決問題的程序。模型構(gòu)建完成以后，還要進(jìn)過反復(fù)的驗證、修改、完善才能形成指導(dǎo)實踐的科學(xué)模式。因此，這是一個去粗取精、去偽存真，從實踐中來、到實踐中去的過程。學(xué)生在親歷這些探索與發(fā)現(xiàn)之后，不僅創(chuàng)新思維得到拓展，而且動手操作能力也得到極大提升，這對于打破當(dāng)前應(yīng)試教育之下學(xué)生“眼高手低”、只擅長考試而不善于研究的現(xiàn)狀，無疑是有極大裨益的。

3.能夠極大激發(fā)學(xué)生的科學(xué)探究興趣

模型構(gòu)建的實質(zhì)就是要從復(fù)雜紛繁的交錯關(guān)系中揭示出所包含的科學(xué)規(guī)律，在這個艱苦的探索過程中，來不得半點虛假，需要嚴(yán)謹(jǐn)、誠實的科學(xué)態(tài)度。因此模型構(gòu)建運用到中職生物教學(xué)中能夠培養(yǎng)學(xué)生扎實的科學(xué)作風(fēng)。另一方面，模型構(gòu)建教學(xué)可以使學(xué)生通過發(fā)現(xiàn)規(guī)律來指導(dǎo)學(xué)習(xí)實踐，深深地體會到探究揮動成功之后的喜悅感和自豪感，進(jìn)而轉(zhuǎn)化為持久而穩(wěn)定的學(xué)習(xí)興趣。筆者通過教學(xué)實踐對比發(fā)現(xiàn)，采用模型構(gòu)建開展生物教學(xué)之后，學(xué)生對于生物課的興趣有了明顯提升，解題思路更加清晰、平均分?jǐn)?shù)普遍提升3-4分。更重要的是，他們更加會利用模型建構(gòu)教學(xué)中所學(xué)到的知識舉一反三地解決實際問題。

三、結(jié)論

綜上所述，我們可以發(fā)現(xiàn)，模型構(gòu)建作為人類認(rèn)識客觀實踐的一種重要方法，在生物教學(xué)實踐中也具有極強的教學(xué)價值。通過將模型構(gòu)建的科學(xué)方法與生物學(xué)豐富的模型資源相結(jié)合，不僅可以促進(jìn)學(xué)生認(rèn)知水平的發(fā)展，還能夠訓(xùn)練學(xué)生應(yīng)用模型的能力，并激發(fā)學(xué)生探究生物科學(xué)的興趣，形成對待科學(xué)問題的端正態(tài)度。盡管模型構(gòu)建在教學(xué)實踐中有一定的局限性，但只要我們在教學(xué)實踐過程中揚長避短，就一定能充分發(fā)揮模型構(gòu)建教學(xué)的獨特優(yōu)勢，為推動生物教學(xué)改革、提升學(xué)生素質(zhì)能力作出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

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作者簡介：

曹麗萍（1969～），女，浙江天臺人，現(xiàn)任浙江省臺州市椒江職業(yè)中專教師，研究方向：中職生物教學(xué)與班主任工作