“模型建構”在高中生物教學中的應用及誤區分析

熊忠良

摘 要：模型建構是一種重要的科學方法，通過探討模型建構的價值及應用分析，了解建模誤區尋找解決辦法，培養學生建構模型的科學思維。引導學生主動參與構建模型的過程，讓學生在分析問題，解決問題過程中提高建模能力和模型思維能力，有效提高學習效率。

關鍵詞：模型建構;物教學應用;無趣分析

模型建構是一種重要的科學方法，也是新課標中應該高度重視的一項有利的教學資源力。《美國國家科學教育標準》中也要求學生“運用邏輯和證據來構造和修改科學解釋和科學模型”，將其作為進行科學探究所需要的基本能力。人教版高中生物新教材選擇的內容充分體現了這種要求，其中含有豐富的模型建構的素材。用好這些素材，充分發揮模型的作用，可以充分挖掘學生的潛能，有效提高教學質量。教師在教學過程中應該引導學生參與到模型建構的活動中來。

一、生物教學中模型建構的價值和意義

模型方法在科學研究中具有重要作用，高中生物學中的模型構建活動與科學研究中的模型構建不完全相同，高中生物課程中的模型構建是為了讓學生更好的掌握具體生物學內容而服務的。美國《國家科學教育標準》指出，學生的探究活動最終應該構造一種解釋或一個模型。我國課程標準也很重視模型的教育意義。

所謂"模型”，是指模擬原型（所要研究的系統的結構形態或運動形態）的形式，它不再包括原型的全部特征，但能描述原型的本質特征，高中生物必修1教材對模型的定義是：“模型是人們為了某種特定目的而對認識對象所做的一種簡化的描述，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”。一般可分為物理模型、概念模型和數學模型三大類。物理模型如真核生物的三維結構模型、細胞膜的流動鑲嵌模型、DNA分子雙螺旋結構模型;概念模型如血糖平衡調節的模型、達爾文的自然選擇學說的解釋模型等;數學模型如“J”型種群增長的數學模型N t=N0λt、基因分離與自由組合定律，有絲分裂中DNA含量變化曲線等。

高中生物學中的模型建構活動與科學研究中的建立模型不完全等同，它是為學生更好地掌握具體生物學內容而服務的。例如，沃森和克里克建立DNA雙螺旋結構模型的目的，是為了揭示當時并不清楚的DNA分子結構。高中生物學中的“制作DNA雙螺旋結構模型”的模型建構活動，主要是對“DNA分子的雙螺旋結構”這個結論進行具體化，所建立的模型是物理模型;其主要目的不是探索DNA分子的結構，而是通過制作物理模型來加深對DNA分子的結構的理解，并體驗具體化的模型的作用。可見，高中生物學中的模型建構的價值體現在讓學生通過嘗試建立模型，掌握或鞏固有關生物學概念，體驗模型建立的思維過程，并領悟建模方法。

二、模型建構在教學活動中的實踐與應用

在教學中我們往往重視對模型結論的運用，而忽視了建模方法的傳授。其實，“授之以魚不如授之以漁”，引導學生在模型建構中領悟建模的一般方法，只有掌握了模型建構的方法才擁有認識世界的工具。

1.物理模型在生物課堂教學中的應用

就《基因指導蛋白質的合成》這節內容而言，轉錄和翻譯過程對學生而言，是很抽象的過程，即便是我們通過圖片、動畫給學生展示該過程，學生的理解也不深入，這節內容適合開展探究性學習，教師引導學生開展小組合作，共同構建轉錄翻譯的過程，在這個過程中，讓學生通過自己動手，構建物理模型，并展示作品進行交流、互評，能有效地掌握相關的概念，提升學生的理解水平。

具體教學策略如下：

（1）回憶以前所學的基礎性概念：通過教師提問的方式進行。要使學生能準備描述出DNA和RNA的區別，并且介紹三種RNA結構、特點。

（2）學生閱讀課本自學轉錄、翻譯過程，初次接觸新概念

（3）將學生分組，小組成員合作，利用現成的材料（彩色紙板、紙片等）制作轉錄和翻譯的模型。教師組織學生討論、交流。取長補短，完善模型。

學生通過自己制作轉錄和翻譯模型，對轉錄和翻譯過程有了感性認識;手腦并用操作轉錄過程的“堿基配對”，以及翻譯過程蛋白質的形成。親自體驗了mRNA如何形成，tRNA如何轉運氨基酸，tRNA與mRNA的配對，以及核糖體的結構，大大加強了印象;有利于學生深入理解一些細節知識點，比如DNA和mRNA的堿基配對原則與mRNA和tRNA的堿基配對原則有和不同，密碼子與反密碼子的區別，mRNA與tRNA的結構上的不同點，以及翻譯過程核糖體的移動方向的判斷等等。組間的相互交流更是從語言表達上進一步加強了對該過程的深入的理解。

2.數學模型在生物課堂教學中的應用

就《種群的數量變化》這節內容而言，學生需要掌握兩種生長曲線，“J”型和“S”型曲線，教師在課堂上可以引導學生探究。

具體策略如下：

（1）教師簡單介紹細菌結構，假設在“理想環境條件下，細菌以二分裂方式增殖，且每20分鐘繁殖一代”。試推算不同時間內一個細菌的繁殖情況，并完成如下表格。

（2）學生完成表格填寫，并將表格中的數據轉化成曲線圖

（3）由學生根據以上規律得出數學公式，Nt=2t

進一步討論：能不能根據細菌增長的方程式推導一個反映一般種群和細菌種群類似的種群增長的方程式？教師運用教材中實例，引導學生推導出一般種群的增長方程式 Nt=N0λt。

（4）教師總結“J”型曲線和“S”型曲線

通過模型構建，有利于學生掌握一些基本概念，“J”型曲線和“s”型曲線，以及兩種模型出現的條件，通過小組合作探究種群增長的數學公式，更有利于學生深入理解種群增長率、增長速率的變化。

1、概念模型在生物課堂教學中的應用

模型方法就是以研究模型來揭示原型的形態、特征和本質的方法。它是連接理論和應用的橋梁，根據事物的本質特征及內在聯系，構建一些概念模型，有助于理解生物知識間的聯系，做到融會貫通。一般概念模型的構建應用在復習課中。比如：我們在復習免疫調節這部分內容時，教師可以引導學生以“免疫調節”為核心概念，將體液免疫、細胞免疫以及免疫反應的三個階段等重要知識有機的組織在一起，以一個抽象模型的形式開展教學，可以幫助學生梳理這些知識點、重要概念，并將相關的知識點聯系起來，逐步幫助學生構建知識體系。

三、模型建構在教學活動中的常見誤區及對策

1、將模型與原型等同，不加區分

模型是原型的一種抽象，是在一定條件和范圍內建立的，并不是原型本身。如在實驗過程中看到的細胞或者教材等材料中出現的細胞顯微照片是原型，而細胞結構示意圖就是一種模型。隨著對原型認識的不斷深入，模型需要不斷的“建構—解構—再構 ”，在修正中進一步完善，比如生物膜的流動鑲嵌模型。

2、不重視引導學生主動構建模型，只重視模型的實際應用

模型構建需要很多時間，很多老師便簡單處理構建過程甚至取消，生硬的將模型直接灌輸給學生，直接討論其特征及應用。實際上，模型的構建需要一個過程，建構主義理論認為每個人通過借助原有知識和在新的情境中運用舊的知識來構建意義和理解。模型建構實際上是一個探究的過程，在具體教學中只有引導學生切切實實在做中構建模型，探索規律的發現過程，領悟模型知識和模型方法，提高探究能力。

3、忽視本質模型的應用，構建過多繁瑣的應用模型，加重學生負擔

在教學中，教師為幫助學生更快地解決不同實際問題，將一系列模型推給學生，希望學生按不同類型套用，導致模型繁多，加重學生負擔，達不到預期效果。模型本來是對復雜原型的高度概括，模型方法就是抓住原型的本質特征，把復制的原型客體加以簡化和純化，并對抽象的假或命題進行邏輯轉換，以構建一個能反映原型本質聯系的模型。對知識的概括，不應該用太多繁瑣的模型，而應該盡量抓住本質規律，盡量用同一高度概括的本質模型去分析問題、解決問題，這樣才能真正體現模型方法，在探究過程中促進知識遷移，促進思維發展的能力。

無論是科學研究還是學習過程，模型建構起著十分重要的作用。在生物課堂中教師應引導學生順著科學的思路和方法去感知和探索，并從中領悟和形成運用建構模型的方法來解決有關的生物學問題，真正讓學生做到自主探究性學習，并且能發展學生思維，提高學生的科學素養和科學探究能力。走出模型構建的誤區，引導學生加入到主動構建模型的過程中，讓學生置身于探索生物學現象，發現生命規律的活動中，在分析問題，解決問題過程中，提高建模能力和模型思維能力，這才是模型方法在教學時間中的意義所在。

參考文獻

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[2] 于梅，在新課標實施中切實加強模型方法的教育，中學生物教學

[3] 刑紅軍，論科學教育中的模型方法教育，教學研究