生物課堂模型構(gòu)建的策略及優(yōu)勢

林瑞清+黃秋玲

摘 要： 本文主要闡述生物課本中模型的分類和三種模型在生物課堂中的應(yīng)用，通過具體例子展示其建構(gòu)模型過程以及不同模型的優(yōu)勢。學(xué)生在構(gòu)建模型過程中獲得完整知識結(jié)構(gòu)體系，讓概念變得更加具體，明確事物發(fā)展的規(guī)律。

關(guān)鍵詞： 生物課堂；模型；概念模型；物理模型；數(shù)學(xué)模型

新的課程標(biāo)準(zhǔn)對生物模型的構(gòu)建和應(yīng)用提出了較高的要求，如要求學(xué)生理解所學(xué)知識，并能夠構(gòu)建知識網(wǎng)絡(luò)，能利用文字圖表以及數(shù)學(xué)方式準(zhǔn)確表達生物學(xué)信息，領(lǐng)悟建立模型等科學(xué)方法及其科學(xué)研究中的應(yīng)用。

模型是人們將所要認(rèn)識的對象進行一定程度的簡化以及概括性的描述，這種行為是為了某些特定目的而進行的，而這種描述既可定量也可定性。模型可通過兩種形式來表達：抽象化手段以及具體化形式。據(jù)此可分成三種類型：其一為概念模型：即構(gòu)建相關(guān)概念、原理及生理過程的內(nèi)在包含關(guān)系。其二為物理模型：借助圖畫或者實物對所要認(rèn)識的對象進行直觀的表達。例如克里克和沃森所制的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型、細胞結(jié)構(gòu)模式等均屬此類。其三為數(shù)學(xué)模型：用以描述一個系統(tǒng)或其性質(zhì)的數(shù)學(xué)形式。如根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，用適當(dāng)數(shù)學(xué)形式（數(shù)學(xué)公式、相關(guān)柱形圖及曲線，如“J”型曲線、“S”型曲線等）對事物性質(zhì)進行表達。

一、 構(gòu)建概念模型，建構(gòu)知識網(wǎng)絡(luò)體系

在這一方面，概念圖將有所幫助，把認(rèn)知結(jié)構(gòu)知識轉(zhuǎn)化為陳述知識程序性，建立完整、系統(tǒng)的概念體系，降低或規(guī)避知識的負遷移。平時看到很多的孩子，筆記記得非常詳盡，又整齊又漂亮，但是考試成績并不理想，根據(jù)錯題分析，對概念之間的內(nèi)在聯(lián)系并不清楚，而且容易混淆。故此教會學(xué)生利用概念圖代替羅列的綱綱條條的筆記既節(jié)約時間，又可以達到筆記的效果。充分利用課后練習(xí)進行拓展訓(xùn)練，例如必修三《穩(wěn)態(tài)與環(huán)境》第一章的自我檢測第三題（圖1）。

可以在學(xué)生填空的基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生對此概念圖進行拓展，將第一章的所有內(nèi)容概括在一張概念圖（圖2）中，使得所學(xué)概念一目了然，得以呈現(xiàn)，并標(biāo)明概念之間的內(nèi)在聯(lián)系。

通過這張概念圖還可以訓(xùn)練學(xué)生獲取信息的能力，讓學(xué)生用語言進行描述：細胞生活的環(huán)境是內(nèi)環(huán)境，包括淋巴、組織液、血漿以及三者的關(guān)系，內(nèi)環(huán)境是細胞與外界環(huán)境進行物質(zhì)交換的媒介；內(nèi)環(huán)境中的成分和理化性質(zhì)處于動態(tài)平衡中，理化性質(zhì)包括溫度、酸堿度和滲透壓等，內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)態(tài)是機體進行正常生命活動的必要條件。

再比如第五章自我檢測第3題（1）中，用概念圖將生態(tài)系統(tǒng)各部分結(jié)構(gòu)關(guān)系立體地表達出來。

引導(dǎo)學(xué)生將第五章所學(xué)的核心概念以概念圖形式表示出來，在完成復(fù)習(xí)的同時完成整章知識的筆記內(nèi)容，一舉兩得。這樣的教學(xué)過程適應(yīng)了新課程改革的要求，體現(xiàn)了學(xué)生的主動性，不再是傳統(tǒng)的教師講為中心的復(fù)習(xí)課，學(xué)生的參與面大大增加，當(dāng)繪制完整張概念圖（圖3）之后，絕大部分同學(xué)對“生態(tài)系統(tǒng)”的各個概念的相互聯(lián)系、區(qū)別很清晰的展現(xiàn)在腦中。

概念圖可以將概念間的隱性關(guān)系顯性化，學(xué)生可借助該圖了解到自身在認(rèn)知結(jié)構(gòu)方面的不足和相混淆的部分。學(xué)生利用概念圖將知識展開、細化過程中，作出自我評價，發(fā)現(xiàn)知識的缺陷，及時記錄、補充，又能促進學(xué)生的自我反思，及時發(fā)現(xiàn)，及早修正補充，理清眾多概念之間的復(fù)雜關(guān)系，把握完整的知識結(jié)構(gòu)。概念圖是交流、合作的工具，好的概念圖層次結(jié)構(gòu)明晰，概念間的關(guān)系清楚。學(xué)生創(chuàng)作的概念圖是其思維的體現(xiàn)，通過展示學(xué)生的作品，實現(xiàn)合作學(xué)習(xí)和信息資源共享。概念圖和傳統(tǒng)評價方法相比，后者僅從學(xué)習(xí)者在掌握零散知識方面進行考查；前者作為評價工具，能對學(xué)習(xí)者在把握知識結(jié)構(gòu)和理清知識點間的相互關(guān)系兩方面進行檢測，使評價結(jié)果更為客觀。評價是一個反饋的過程，可以在平時作業(yè)、考試時進行，當(dāng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)自己的知識網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)存在缺陷時，應(yīng)對原有的概念圖進行修正，這是一個主動學(xué)習(xí)的過程，是學(xué)生主體意識覺醒的標(biāo)志。

二、 構(gòu)建物理模型，化抽象為具體，理解結(jié)構(gòu)和功能相適應(yīng)

從細胞模型到DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，細胞、DNA的結(jié)構(gòu)因為肉眼無法看到而變得比較抽象，所以創(chuàng)造機會讓學(xué)生嘗試構(gòu)建它們直觀的物理模型更能理解其結(jié)構(gòu)和功能相適應(yīng)的特點。“嘗試制作真核細胞三維結(jié)構(gòu)模型”是普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教科書《分子與細胞》（人教版）第三章的模型建構(gòu)內(nèi)容。課堂設(shè)計圍繞“以學(xué)生為主體，以探究為核心”的基本理念，讓學(xué)生在集體探究中體驗樂趣，培養(yǎng)自身的科學(xué)能力。

1. 通過觀察、建構(gòu)平面模型、歸納總結(jié)——動植物細胞的結(jié)構(gòu)和功能以及他們之間的區(qū)別，以小組為單位進行討論和交流，以培養(yǎng)小組合作的學(xué)習(xí)習(xí)慣。

2. 通過細胞模型制作活動，使學(xué)生初步樹立生物體結(jié)構(gòu)與功能相統(tǒng)一的觀點。

本小節(jié)教學(xué)難點在于培養(yǎng)學(xué)生制成完整正確的模型的能力。所以在教學(xué)過程中，運用小組合作學(xué)習(xí)的方式，集中小組的智慧來設(shè)計和創(chuàng)建模型。彼此分工合作，這樣除了能培養(yǎng)學(xué)生交流和合作的能力之外，還能讓他們切身體會不同細胞器的功能和關(guān)系，能幫助解決教學(xué)難點，有助于實現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)，力爭使課堂成為學(xué)生自主構(gòu)建知識系統(tǒng)、提升自身素質(zhì)的過程。在整體上，要彰顯以學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)的新課改精神。其中具體的教學(xué)過程是：先展示幾種動植物細胞的顯微照片，然后請學(xué)生在黑板上畫出心中認(rèn)為的細胞2個（動物、植物），從圖中可以歸納動植物細胞的基本結(jié)構(gòu)。教材中的亞顯微結(jié)構(gòu)的模式圖是平面圖畫模型，若想更直觀的體現(xiàn)細胞的結(jié)構(gòu)——建構(gòu)三維模型。思考討論：制作過程中應(yīng)注意什么問題？（建構(gòu)真核細胞模型時，要注意細胞和各細胞器之間在形態(tài)、結(jié)構(gòu)、比例大小以及空間位置的關(guān)系）。展示2個作品，介紹優(yōu)點體現(xiàn)在哪里？接著：

1. 學(xué)生分組討論

（1）小組分工合作的方式？

（2）你制作的是什么細胞的模型？

（先確定細胞的框架）

（3）在選擇實驗材料時都會考慮哪些因素？

（4）真核細胞的各個結(jié)構(gòu)是如何執(zhí)行具體的功能的？（各個結(jié)構(gòu)的大小、形態(tài)、顏色、位置）endprint

第1～4小組制作動物細胞模型，第5～8小組制作植物細胞模型。

2. 設(shè)計方案，分工制作

巡視各組情況，加入到討論中的同時在制作方面進行指導(dǎo)，并指出他們的不足和問題，對表現(xiàn)良好的同學(xué)和小組給予表揚和獎勵。（展示動植物細胞亞顯微結(jié)構(gòu)圖，各結(jié)構(gòu)的三維動畫模型）

3. 合作組裝，討論交流、修補完善

4. 小組自我評價

（組長在模型制作結(jié)束后填寫小組合作學(xué)習(xí)評價表）附表格

5. 教師選擇一些小組發(fā)表制作體會

（匯報過程中，提問結(jié)構(gòu)是什么？為什么這么做？哪部分最有特色？巧妙的地方是什么？還有什么不足？）

本堂課的主要內(nèi)容是制作真核細胞的三維結(jié)構(gòu)模型，從中體會細胞身為基本生命系統(tǒng)，其復(fù)雜性和精巧性，在結(jié)構(gòu)方面的完整性、在生命層次上的整體性以及在功能方面的統(tǒng)一性。細胞進行一切生命活動調(diào)節(jié)的前提是細胞要具有完整性。

三、 構(gòu)建數(shù)學(xué)模型，讓學(xué)生的思維更加縝密，透過現(xiàn)象看事物發(fā)展規(guī)律

在高中生物課本中涉及數(shù)學(xué)模型的有很多，如必修一環(huán)境因素對光合作用的影響，必修二用數(shù)學(xué)方法討論基因頻率的變化，有絲分裂、減數(shù)分裂過程中染色體、染色單體、DNA等數(shù)量的變化，必修三構(gòu)建種群增長的數(shù)學(xué)模型等。

在講述有絲分裂、減數(shù)分裂過程中理解了染色體的行為變化，再建構(gòu)數(shù)學(xué)模型的曲線圖，通過比較這兩幅曲線圖不但可以理解有絲分裂（圖4）和減數(shù)分裂（圖5）過程中染色體、DNA數(shù)量的變化規(guī)律，更可以比較兩種增殖方式的區(qū)別：共同點是DNA都只復(fù)制一次，不同點是有絲分裂細胞分裂一次，而減數(shù)分裂細胞分裂兩次，所以最終有絲分裂的結(jié)果是子細胞染色體、DNA數(shù)與親代細胞一致，而減數(shù)分裂的結(jié)果是子細胞染色體、DNA數(shù)減半。所以數(shù)學(xué)模型可以幫助學(xué)生透過現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)事物發(fā)展的規(guī)律和本質(zhì)以及區(qū)別相似事物。

模型的建立實質(zhì)上是探究科學(xué)的過程。積極為學(xué)生營造學(xué)習(xí)機會，讓他們主動體驗和領(lǐng)會模型的內(nèi)在要素，隨后建立知識系統(tǒng)將各要素有機地結(jié)合起來，通過不同的方式體現(xiàn)出來。杠桿作用指的是集中的、微小的行動，假如選對地方，則會給環(huán)境造成可觀的、持續(xù)的變化。由此可知，在面對困難時，借助此項原則，就能得出最省力簡便而又持久有效的解決方案。因此，不論在生物課堂中，還是課后的作業(yè)，盡可能讓學(xué)生用不同模型類型，也可以進行模型之間的轉(zhuǎn)變，實現(xiàn)省力、持久的記憶和理解。

參考文獻：

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作者簡介：

林瑞清，黃秋玲，福建省福州市，福州外國語學(xué)校。endprint