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(yǎng)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(xiàn)象和生命活動規(guī)律的同時，經(jīng)常提供相應的模型。在生物學上，“模型”是指人們?yōu)榱四撤N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(lián)系。

3.數(shù)學模型。數(shù)學模型是用來描述一個系統(tǒng)或它的性質的數(shù)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(jù)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(jié)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(xiàn)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(jié)。

（2）整理相關概念，梳理概念定義和聯(lián)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(jié)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(wǎng)絡。

3.數(shù)學模型的建構。

數(shù)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(jù)問題，提出假設。

（3）模型建立──根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，用適當?shù)臄?shù)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(xiàn)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(huán)節(jié)

1.自覺反思。

模型構建既需要學生理解模型設計所依據(jù)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(chuàng)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(jiān)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(yōu)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(yǎng)思維的嚴謹性，而且可以培養(yǎng)和發(fā)展團隊協(xié)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(yōu)缺點有了更加全面的了解。這時，教師要適時鼓勵學生根據(jù)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(xiàn)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(huán)節(jié)，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(yǎng)學生的科學探究能力與創(chuàng)新精神，提高自身的生物科學素養(yǎng)。

[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(wěn)態(tài)與環(huán)境.2014（5）：65