建模教學在初中生物學教學中的實踐與思考

魏秀珍 祝志安

（福清第二中學，福建福清350300）

建模教學在初中生物學教學中的實踐與思考

魏秀珍 祝志安

（福清第二中學，福建福清350300）

通過具體案例闡述類比模型、尺度模型、系統模型在初中生物學教學中的應用。并認為開展建模教學時教師應加強建模理論學習和教學實踐，以此促進學生改變學習方式，發展學習能力。

建模教學；類比模型；尺度模型；系統模型

初中生物學知識是對生物形態、結構的描述和反映，適當、有效地運用建模教學，有利于促進學生掌握知識、提高模型建構能力。

一、生物學模型概述

模型是在問題情境中形成的實體、符號或抽象表征的過程和產物。建模是一個動態的、復雜的過程，包括構建、使用、評價及修正模型等科學實踐要素，以及指導、促進模型建構的相關知識、技能等教學實踐活動。

初中生物學教學中常用的模型有類比模型、尺度模型、系統模型等。類比模型是指基于相似屬性，通過類比的方式，用人們熟悉的事物來表征不熟悉事物的一種模型。它可以通過實物、語言、數學、視覺、手勢等方式來表達。如用旋轉的樓梯類比DNA雙螺旋結構，用網兜類比細胞膜的選擇透過性等。［1］尺度模型是指依照實物等比例放大或縮小的模型。如心臟的塑料模型、伸肘和屈肘模型。系統模型是指通過示意圖、圖表、計算機軟件對事物或反映路徑進行描述或表征的模型。如血液循環系統示意圖。

二、建模教學在初中生物學教學中的實踐

類比模型、尺度模型、系統模型的具體構建過程有所不同，但構建的主要步驟是相似的。第一，明確模型建構的目的；第二，選擇模型表征形式；第三，構建模型；第四，對模型進行評價和修正。［2］

1.類比模型在初中生物學教學中的應用

案例1.構建腎單位模型

人教版《生物學·七年級·下冊》“人體內廢物的排出”這節課的學習難點是尿的形成過程。其中腎小囊、腎小管的結構及其過濾、重吸收作用，對七年級學生而言是很抽象的。為此，引導學生構建腎單位模型，并借助模型分析歸納尿的形成過程，最后運用動畫讓學生認識尿的形成是一個動態的過程。

腎單位類比模型建構方法是應用日常生活中的小紅豆表示紅細胞、薏米表示蛋白質、綠豆表示葡萄糖、FeCl3溶液表示尿素、芝麻表示無機鹽，用紅藍的大吸管表示動靜脈、乳膠管表示腎小管、塑料瓶表示腎小囊、注滿紅色墨水的小軟管表示毛細血管，用塑料瓶里的折疊的小軟管表示腎小球的功能，用盤繞的乳膠管來代替腎小管，用燒杯來衡量原尿和尿液的量，以此說明腎小管的功能。

教師一邊利用模型演示尿液形成的過程，一邊讓學生思考或小組討論以下問題：①舉例說明什么是過濾和重吸收？②在過濾形成原尿過程中，血漿中哪些成分不能被過濾到腎小囊中去？③在重吸收過程哪些成分被重吸收回血液中？④腎臟是人體“過濾器”，腎臟如何將尿素、多余的水和無機鹽等廢物從血液中分離出來的？⑤血液流經腎臟后，血液成分發生哪些變化？⑥試描述腎單位與功能相適應的特點？

由于選擇學生熟悉的材料進行腎單位類比模型構建，通過實物、語言、視覺等表達方式進行類比教學，使得原本抽象的知識變得易于學生理解與掌握了。

2.尺度模型在初中生物學教學中的應用

案例2.構建伸肘和屈肘模型

伸肘和屈肘過程中骨、關節和骨骼肌之間協調作用以及骨骼肌收縮、舒張之間的交替變化是學生學習“動物的運動”的難點。為此教學中使用膠帶、薄的硬紙板、橡皮筋、螺釘、剪刀等材料和用具，參照教科書上的伸肘動作和屈肘動作示意圖，指導學生構建伸肘和屈肘尺度模型。

構建伸肘和屈肘模型時，首先將硬紙板剪成骨的形狀，用橡皮筋表示骨骼肌，膠帶表示肌腱，螺釘表示關節（皮筋長短要合適）。其次，指導學生對所制作的模型進行自評、互評和修正。最后進行分組模擬體驗活動，輕輕拉動模擬肱二頭肌的皮筋，觀察前臂的位置變化。再慢慢放開作為肱二頭肌的皮筋，輕輕拉動模擬肱三頭肌的皮筋，觀察前臂的位置變化。讓學生觀察、領會伸肘和屈肘動作原理。

學生通過制作、評價和修正伸肘和屈肘模型等一系列活動，親身體驗骨、關節、骨骼肌之間的協調作用，加深理解伸肘和屈肘動作中肱二頭肌和肱三頭肌收縮、舒張之間的交替變化，大大提升了學生的學習興趣，學生的動手能力、交流與合作能力、空間想象能力等也得到進一步的提高。

3.系統模型在初中生物學教學中的應用

不論是細胞內部的新陳代謝、人體內和穩態，還是生態系統中物質和能量的輸入和輸出，乃至整個生物圈的穩態與變化，許多生物學知識可以應用系統模型的方式去思考與學習。在教學過程中運用生物圖表構建系統模型，往往能達到事半功倍的教學效果。

案例3.構建血液循環系統模型

構建系統模型時必須考慮系統的結構、行為、運行機制和功能等四方面因素。指導學生構建血液循環系統模型時，應讓學生了解血液循環系統模型中的結構是組成血液循環系統的各個器官，行為是每個結構的活動特點，運行機制是血液循環系統中各個器官的運作機制，功能是血液循環系統的作用。（如圖所示）心臟是血液循環系統的重要組成部分，心臟本身也可以作為一個系統，所以在學習心臟內部的血液如何運行時，可以引導學生構建心臟結構與功能示意表。（如表所示）

四、對初中生物學建模教學的思考

1.加強教師學習建模理論，開展教學實踐

教師應加強學習相關建模理論，到高校拜師學習，聽取專家專題講座。同時在教學中不斷實踐、總結與改進，逐步掌握構建生物學模型所必備的知識和技能。如生物學模型的種類、表征模型的方式、建模的基本框架等。此外應了解學生的認知水平、建模能力，創設合理的建模情境，重視對學生解決問題的思路和方法的有效指導。實踐表明，教師與學生都能在建模教學活動進一步提升彼此的生物學素養。

當然，并不是所有的初中生物學知識都可以實施建模教學，也不是整節生物學課都要建模。教師應該事先篩選出適合實施建模教學的內容，形成教學設計，并在教學實踐中實施、修正與完善。由于構建生物學模型會占用課堂教學時間，因此教師要積極探索提高生物學建模教學效率的方法。比如引導學生養成預習和復習的習慣，指導學生在課前準備過程中學會質疑，學會思考，在課堂教學中學會觀察，學會修正，有目的地提升學生自主學習、探究學習的能力，這樣既能引導學生主動參與建?；顒樱帜茼樌_成預期的教學目標。

2.改變學生的學習方式，發展學習能力

實施建模教學以來，學生學習生物學的興趣、方式有了明顯的轉變。主要體現在學生課堂注意力集中了，思考問題、參與交流和討論方案的積極性加強了，不少學生從“跟著老師轉”的被動學習變為敢于質疑、勇于回答的主動學習，課后還能積極參與生物學熱點問題的討論，學會運用建模方法解決生活實踐中遇到的生物學問題，提高分析問題、解決問題的能力以及模型建構能力。

總之，引導學生動手建構模型，有利于提高學生學習生物學的興趣，加深學生對生物學知識的理解，提高學生的科學探究能力、搜集和處理信息的能力、發散性思維能力、交流與合作的能力，促進生物科學素養的提升?？梢哉f建模教學是提高初中生物學教學有效性的重要教學方法。

［1］趙萍萍.劉恩山.中學生物學中的類比模型及其構建［J］.中學生物教學，2015（6）.

［2］葉建偉.建模教學在高中生物課堂教學中的實踐與體會［J］.教學月刊，2011（12）.

（責任編輯：陳欣）