生物學教學中的模型及模型構建

四川省射洪中學校 江賢軍

美國《國家科學教育標準》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。我國高中生物學課標教材中也設置了不少模型，將生物學的基本原理、過程以各種方法進行模擬或簡化。在生物教學中，充分利用這一資源可以增進學生對模型和建模思想的理解，從而培養他們運用模型和模型構建方法進行科學探究的能力。

一、生物學中的模型

高中生物學教材在用語言表述生命現象和生命活動規律的同時，經常提供相應的模型。在生物學上，“模型”是指人們為了某種特定目的而對認識對象所作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.物理模型。以實物或圖畫形式直觀地表達認識對象的特征，這種模型就是物理模型。它包括天然模型和人工模型。

2.概念模型。通過分析大量的具體形象，分類并揭示其共同本質，將其本質凝結在概念中，把各類對象的關系用概念與概念之間的關系來表述，用文字和符號突出表達對象的主要特征和聯系。

3.數學模型。數學模型是用來描述一個系統或它的性質的數學形式。

二、生物學教學中的模型構建

模型的建構在高中生物課程中的重要地位逐漸突顯出來。生物學問題的解決過程是一個探究過程，在這個過程中，人們常常使用模型構建的方法，即建模法。所謂建模，就是要尋找變量之間的關系，構建模型；然后依據模型進行推導、計算，作出預測。建構模型是在原型的基礎上從具體到抽象的過程，不同類型的模型建構的方法和過程各不相同。

1.物理模型的建構。

物理模型的建構主要包括以下幾個步驟：

第一步：選定建構模型的對象，分組收集相關資料，討論分析模型的特征，初步設計方案。

第二步：選擇模型建構的材料。

第三步：針對材料細化方案中的各個步驟，確定模型制作的實施過程和具體分工。

第四步：按照分工制作各部分配件，然后將配件組合。

第五步：對照設計方案，處理細節以及修補存在的缺陷，完善模型。

第六步：與其他各組交流比較，作出合理評價。

2.概念模型的建構。

概念模型的建構主要是體現各個概念之間的關系，《分子與細胞》在第一個單元的自我檢測中提出了概念圖。概念圖就是用概念、連接以及表示概念間關系的連接詞來組織和表征知識的工具。有時在概念之間除了關系詞之外，還有一些簡單的符號（+、-）加以說明。畫概念圖就是概念模型建構的過程，大致有以下步驟：

（1）首先確定主題，或復習章節。

（2）整理相關概念，梳理概念定義和聯系。

（3）將概念置于一定的位置，用箭頭連接。

（4）在連接之間用連接詞表示關系。

構建概念模型的另外一種形式就是構建某個章節綱要的知識體系，通常在專題復習課中使用。在復習過程中，可以引導學生學習建立某個專題的知識綱要，構建知識網絡。

3.數學模型的建構。

數學模型的建構一般主要包括五個步驟：

（1）模型準備──研究對象，提出問題。

（2）模型假設──根據問題，提出假設。

（3）模型建立──根據實驗數據，用適當的數學形式對事物的性質進行表述。

（4）模型的檢驗──通過進一步實驗或觀察，對模型進行檢驗或糾正。

（5）模型的應用──通過建立的模型對相關現象進行判斷和預測。

三、生物教學中模型構建需注意的幾個環節

1.自覺反思。

模型構建既需要學生理解模型設計所依據的原理，也需要學生具備一定的操作技能、邏輯推理能力和創新能力，盡可能地抽取原型中主要的、本質的部分以模型的方式進行表達。因此，模型構建是否準確到位，除了認知教學外，學生的自我反思與監控意識是需要教師著重引導的，這樣才能使學生的自覺反思貫穿于整個構建模型過程中。

2.交流評價。

模型建構完成后，個人或小組相互之間應進行交流評價，一方面可以取長補短，使模型更具科學性與合理性；另一方面還可以應用已有知識對自己和別人的模型的優劣作出判斷，闡明自己的理由。這樣不但可以提高自身的表達能力，培養思維的嚴謹性，而且可以培養和發展團隊協作精神。

3.模型再建。

對建構模型作出了交流評價后，學生對模型的優缺點有了更加全面的了解。這時，教師要適時鼓勵學生根據其他同學、老師的意見與自己的想法，對模型進行修改或重新建構。

4.模型應用。

模型的建構可以加深學生對原理的理解與掌握，但建構模型不僅僅是為了學習，更重要的是為了將模型放到實踐中去進行檢驗反饋，應用模型解決一些具體問題，這樣才能體現模型的科學探究價值。否則，建構模型就會成為工藝制作或做游戲。

總之，在教學中引導并關注這幾個環節，不但有利于促使學生學會用模型構建的科學方法來分析與解決問題，而且可以培養學生的科學探究能力與創新精神，提高自身的生物科學素養。

[1]（美）國家研究理事會.美國國家科學教育標準.1999：128-215

[2]朱正威、趙占良.生物①分子與細胞.2013（5）：54

[3]朱正威、趙占良.生物③穩態與環境.2014（5）：65