在生物模型設計與制作活動中提升學生的綜合素養

科技教育工作者在工作過程中，往往需要進行小型論文的寫作，即以有限篇幅來闡述作者的觀點或介紹研究成果。為了幫助科教工作者了解小型科教論文的規范寫作方式和呈現形式，從2012年起，本刊增設了“科教新語”欄目，用以刊登小型科教論文的范例。本期文章選自第22屆全國青少年科技輔導員論文征集活動中的一等獎獲獎論文。全國青少年科技輔導員論文征集活動由中國青少年科技輔導員協會主辦，每年舉辦1次，旨在為廣大會員、科學教師、科技輔導員、科技教育工作者營造科學教育理論學習、實踐交流的平臺。2014年舉辦的第22屆論文征集活動主題為“創新科學教育內容的實踐探索”。

摘要：中學生生物模型設計與制作活動以培養學生的建模思維和建模能力為主要目標，促進他們更好地理解和把握生物學的核心概念。學生在親自參與制作生物模型，以及運用模型演示生物知識的過程中，不僅能加深對知識的理解，鞏固和掌握所學知識，更能使自身的創造力和動手能力得到培養。

關鍵詞：生物模型 設計與制作 綜合素養

一、活動設計依據

通過豐富多彩的實踐活動提升學生的綜合素養，是校內外教師共同探討的問題。近年來，我們聯合學校積極開展了中學生生物實驗能力展示活動，通過校外科技活動的開展，探索校內外教育互動發展的有效途徑，為學校師生搭建實踐及展示的平臺。

生物學是一門集實驗性、實踐性及科學性于一身的自然科學。實驗教學是生物教學的一個不可分割的重要組成部分，它是幫助學生實現由感性認識到理性認識，由具體思維到抽象思維飛躍的一個重要環節。通過實驗學生可以了解科學的發展過程，掌握科學的思維方法，養成良好的實驗習慣。在新課改生物教材中，實驗占有很大比重，實驗不僅是學習知識的一種途徑，更是學習求知方法的重要過程。

模型的設計與制作是生物實驗的一部分。生物課程標準提出：了解建立模型等科學方法及其在科學研究中的作用，培養學生的建模思維和建模能力，領悟、建立數學模型等科學方法及其在科學研究中的應用，獲得生物學的基本事實、概念、原理、規律和模型等方面的基礎知識。而美國《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能力。可見，建立模型在新課標中被提到較高的高度。它不但被列為一項技能目標，而且被作為學生必備的生物科學素養和將來從事科學研究的必備能力。

基于上述生物學科的特殊性，使得模型在生物教學中具有非常重要的意義：一方面能使學生形象、生動地感知生物及其生命現象，透徹理解生命體的形態結構和復雜的空間層次。另一方面則是能激發學生的學習興趣，集中學生的注意力，調動學生學習的主動性，有利于加深、鞏固所學的生物學知識。

據我們調查，在生物教學中教師經常使用模型進行演示或講解，但很少有機會讓學生自己設計并制作模型。究其原因，一方面受學時所限，另一方面多數教師自身的模型設計制作能力也很有限。為了改變這種情況，訓練和提升學生及教師的建模能力，我們設計了朝陽區中學生生物模型設計與制作活動。

二、活動實施情況

2012-2013年，我們連續開展了2屆中學生生物模型設計與制作活動。活動參與對象為朝陽區內所有初高中學生。活動剛一推出，就受到了教師們的關注，80余所學校（次）的180多位教師積極指導學生參與，2年共有15000余名學生直接參與活動。

我們設定了如下活動目標。

（1）通過模型的設計與制作，促進教師教學模式、教學方法和教學行為的轉變，從而引起學生學習方式的轉變，促進教學質量的提高。

（2）通過模型的構建過程，培養學生的思維品質，促進學生自主學習，發展和提高學生的探究能力。

（3）通過對生物模型的設計、搭建和說明，幫助學生理解和掌握教材重點和難點內容；通過動手制作，提高學生使用工具的基本能力，提高審美能力。

活動的基本內容為結合生物教學中相關部分進行模型的設計與制作，可以是模型的仿制，也可以是新模型的設計。

活動過程分為2個步驟。

（1）校級預賽。學生結合生物教學中相關部分進行生物結構模型的設計與制作。期間各校以班級、年級為單位，利用實驗課或活動課時間，開展模型的學習、設計和制作活動。在最初階段，學生模仿現有成品模型進行制作，之后多數同學能在教師的指導下，根據學習中的興趣點和難點，創新設計制作模型。

（2）區級展示。區級展示由2個板塊組成，一是在校級活動的基礎上，學校推薦優秀作品進行展示，評委、指導教師和所有參賽學生對模型進行打分評價；二是學生隨機抽題，根據題目要求現場設計制作生物模型，包括細胞、組織、器官、膜結構及表現生物多樣性結構等方面的內容。

三、活動效果

生物模型設計與制作活動取得了非常好的效果。

模型的建立過程就是一個科學探究的過程，是一個思維與行為相統一的過程。通過模型建構活動，學生會主動地去體驗和感受模型的內在要素有哪些，要素間是如何有機地聯系在一起的，促進他們更好地理解和把握生物學核心概念。學生在親自參與制作生物模型及運用模型演示生物知識的過程中，不僅能加深對知識的理解，更能使自身的創造力和動手能力得到培養，從而提高每個學生的綜合素養。

1.突破學習難點，加深學生對知識的理解

學生通過制作的生物模型可以將抽象的知識形象地呈現出來，如神經元結構、DNA雙螺旋結構等，學生根據課本上的文字知識和圖片使之實物化、立體化。學生在親自設計和動手制作的過程中，糾正了錯誤認知，鞏固加深了對知識的理解。在反復修改的過程中，也糾正了學習生物學知識過程中出現的一些錯誤理解。

隨著模型制作過程的不斷深入探究，學生們設計制作出了很多讓人出乎意料的好作品，使抽象枯燥的知識變得形象生動起來，突破了常規學習過程中的學習難點，表現在：將動態過程“靜止”或分解、放大，例如用模型展示克隆的過程、胚胎的發育過程等；將微觀或不易觀察的典型內容宏觀展現，比如制作各種細胞、細胞器、DNA、噬菌體等結構模型，子房著生、胚珠著生、牙齒結構、血液循環模型等；將學生在學習中比較難建構的內容直觀展現，例如用模型示意含葉綠體的植物細胞內“同時存在”光合作用與呼吸作用，反映代謝與物質、能量輸入輸出關系的細胞“工廠”等。

2.開發智力，激發學生的創造力

生物模型的設計和制作是對學生認知的物化過程，是一個創造的過程。在設計和制作過程中需要學生開動腦筋，在大腦中先呈現一個抽象的模型圖樣，然后通過自己的雙手將各種材料組合在一起物化成一個個栩栩如生的生物模型，極大地促進了學生的智力發展。如教科院附中南基珍制作的伸肘屈肘動態模型，通過一個塑料管和一個塑料袋形象地展現了肱二頭肌的收縮和舒張過程，設計非常巧妙。很多同學在感悟中都提到：設計制作模型的過程中，除了學習生物知識，也體會到了發明創造的樂趣。

3.建立各學科知識間的橫向聯系

在制作生物模型過程中，為了凸顯動態過程或突出模型演示的重點，需要將生物知識和其他學科知識技能有機結合起來。在本項活動中，除了生物教師對模型的科學性進行把關指導外，很多學校的勞技、通用技術、美術、物理、地理、歷史、計算機教師也積極參與制作過程的指導，為學生提供適當幫助。例如，在教師指導下，有的學生將生物知識和勞技課的縫紉技能結合起來，看似簡單的縫縫補補，在學生的手下變成了美麗生動的生物模型；有的學生用美術課上的軟陶工藝和雕刻技術把微觀結構做得惟妙惟肖；80中學的劉庚辰同學制作的“興奮的傳導”模型，巧妙地用照明光纖和發光二極管模擬興奮的傳導，用聲控電路模擬外界刺激，使神經產生興奮的現象，既形似又神似。

4.激發學習興趣

在活動中很多教師反饋，原本上課聽講不認真，下課作業不寫的學生，也以極大的熱情投入到了模型設計制作活動中。有學生在感悟中寫到：這次活動，讓我的動手能力變強了。我以前不太喜歡生物，但通過做模型的活動，讓我感受到了我多么喜歡生物。下一次，希望還有很多活動可以參加。

5.培養堅韌不拔的毅力，增強自信心，獲取成就感

本次活動有很多初一學生積極參加，由于所學生物知識有限，設計制作模型對他們來說是很大的挑戰，但是他們的參與熱情很高。雖然在制作過程中也遇到了很多困難，但多數學生都很執著，不輕言放棄，有些學生甚至嘗試制作了兩三個模型。有些孩子想法很好，但是真正操作時遇到困難就想放棄，但經過教師和家長的指導和鼓勵，他們堅持下來并完成了自己的作品。有學生在感悟中寫到：在制作期間，占用了我許多休息的時間，但我仍一直堅持不放棄，完成了作品；這次活動讓我知道，制作模型一定要科學、真實、細致，使我知道處事要腳踏實地面對，不能馬馬虎虎糊弄；通過這次模型制作，讓我受益匪淺，明白了很多道理，在用PS進行摳像和給皮膚結構模式圖穿光纖時，讓我懂得做任何事情要有耐心和恒心；在尋找模型表現方式時，讓我懂得在日常生活中要善于觀察和思考；在制作過程中遇到問題時，讓我懂得要努力學會與別人進行交流和溝通，不能怕有分歧和爭論。

6.培養審美能力

在生物模型設計與制作過程中，學生充分發揮自己的想象力，將課本所學知識與實踐相結合，搜集身邊的各種材料，甚至是生活廢棄物用于生物模型的制作，如橡皮泥、泡沫板、海綿、布料、棉簽、毛線、鞋墊、花泥、一次性飯盒、塑料、紙盒、紙張等。隨手可得的“廢物”，通過學生的奇思妙想和巧手制作成了科學美觀、形象逼真的模型。學生制作的模型多數都是立體的，有些還運用了聲光電技術，使模型“動”起來，體現出了學生選用材料的多樣性和模型內容題材的多樣性。

一位指導教師說： “活動培養了學生設計、創新、動手等能力，讓我發現了學生無限的創造能力，超乎我的想象。我沒有想到他們能夠有這么多的設想，并通過自己的雙手將其變成了現實，使用到的材料也各有特色，將自己的模型很好地呈現出來。在每一次模型修改當中，都加深了學生對這部分內容的理解并更加增強了他們對生物學的興趣。學生很喜歡這種在動手中體會的感覺，這是一個很有意義的活動。”

除了學生能力的提升外，另一方面，教師對模型的認識和指導能力也在活動中不斷得以提升。

從開展的效果上看，生物模型設計與制作活動既鍛煉了學生的設計制作能力，也促進了教師對課堂教學的反思。很多教師看到學生模型作品的缺陷，才發現自身教學中的不足，促使教師在教學中加以修正。例如80中學的蘇紅老師在指導學生制作“尿液的形成”模型時，學生的設計出現了錯誤，說明學生學習腎單位結構時，對于腎小囊的結構和功能還不是很理解，這一錯誤促使蘇老師在教學中調整了重點和難點。她認為，在指導活動的過程中教師可以和學生共同進步；在與學生的研究和探討過程中，她覺得自己的動手能力也提高了。

另外，本次活動從方案設計初期就借助了校內生物骨干教師的智慧，設計活動內容、確定評價要素等，都是與教師們反復進行座談后才確定的。這樣就保證了活動的內容、過程與生物實驗教學中的實際問題不脫節，對教師的教學和學生的學習都有促進。同時，教師培訓是活動中的一條主線。本活動在實施的各個階段多次對教師進行培訓，對活動設計的基本理念、組織細則、模型內容選擇、材料選擇進行研討，還帶領生物教師進行模型的設計與制作，切實提高了教師的指導能力。

2年的實踐證明，生物模型設計與制作活動促進了師生的教與學，能夠幫助學生理解和掌握生物學科學習中的重點和難點內容，在模型的構建過程中，學生的探究能力和綜合素養得以提升，活動取得了初步的效果。今后，我們還將繼續探索活動的內容和形式，為更多的學生提供實踐和展示的機會。

作者簡介

苗秀杰，陳凱敏，北京市朝陽區青少年活動中心，教師，電子郵箱：13661269010@126.com。

點評

科學知識的建構與相關技能的培養息息相關，科學方法的掌握與科學探究的過程密不可分，而科學思想的樹立和科學精神的升華，則依賴于科學和技術在社會的應用。因此，青少年學習科學特別是提升自身的科學素質，應該也必須以實踐為基礎。

本文作者正是依托自身所參與設計和組織的區域“中學生生物模型設計與制作活動”，探索如何以培養學生的建模思維和建模能力為主要目標，促進他們更好地學習和把握生物學的核心概念；引導學生在參與制作生物模型及運用模型演示生物學原理的過程中，不僅加深對知識的理解，鞏固相關技能和方法，更要促進其創造性思維和良好道德觀的形成。上述開展生物教育活動的經驗和體會，對廣大科技輔導員培養青少年的創新精神和實踐能力，具有較好的實踐參考價值。

如果作者在論文中能夠將相關科學教育理論與自身實踐緊密結合，且格式擺脫研究報告的模式，將會使本文的學術性更為明顯。

——翟立原（中國青少年科技輔導員協會理論工作委員會副主任委員，第22屆全國青少年科技輔導員論文征集活動評審委員會主任委員）