高中生物模型教學初探

姚華

【摘 要】“模型是人們?yōu)榱四撤N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”。分為物理模型、概念模型、數(shù)學模型。模型方法是以研究模型來揭示原型的形態(tài)、特征、本質(zhì)的方法。建構(gòu)模型的方法，是高中課程標準和教材對學生提出的科學方法和探究能力的要求。我國新課程標準對模型有明確的要求，在具體內(nèi)容和活動建議中列出了“嘗試建立真核生物細胞的模型”、“嘗試建立數(shù)學模型”、“制作DNA分子雙螺旋模型”等內(nèi)容。在高中階段生物學課程的學習中，學生會陸續(xù)接觸到物理模型、概念模型和數(shù)學模型等模型的建構(gòu)，對模型方法會有比較全面的學習和了解。高中生物學課程中的模型建構(gòu)活動，其主要價值是讓學生通過嘗試建立模型，體驗建立模型中的思維過程，領(lǐng)悟模型方法，并獲得或鞏固有關(guān)生物學概念。

【關(guān)鍵詞】新課標 高中生物 模型教學

中圖分類號：G4 文獻標識碼：A DOI：10.3969/j.issn.1672-0407.2014.08.047

我國新課程標準對模型有明確的要求，在具體內(nèi)容和活動建議中列出了“嘗試建立真核生物細胞的模型”、“嘗試建立數(shù)學模型”、“制作DNA分子雙螺旋模型”等內(nèi)容。建構(gòu)模型的方法，是高中課程標準和教材對學生提出的高于初中水平的科學方法和探究能力的要求，在高中階段生物學課程的學習中，學生會陸續(xù)接觸到物理模型、概念模型和數(shù)學模型等模型的建構(gòu)，對模型方法會有比較全面的學習和了解。高中生物學課程中的模型建構(gòu)活動，其主要價值是讓學生通過嘗試建立模型，體驗建立模型中的思維過程，領(lǐng)悟模型方法，并獲得或鞏固有關(guān)生物學概念。如何進行模型建構(gòu)的教學呢？

一、建構(gòu)物理模型，使知識形象化、直觀化、具體化

物理模型是以實物、圖畫形式直觀表達對認識對象的特征，包括靜態(tài)的結(jié)構(gòu)模型和動態(tài)的過程模型。靜態(tài)的結(jié)構(gòu)模型：真核生物細胞的亞顯微結(jié)構(gòu)模型、細胞膜的流動鑲嵌模型、DNA分子雙螺旋模型等。動態(tài)的過程模型：減數(shù)分裂中染色體行為變化的模型、血糖調(diào)節(jié)的模型等。

讓學生自己動手建模型，教材中并沒有指定具體的材料用具，列出詳細的活動步驟，這樣給學生發(fā)揮各自的創(chuàng)造潛能留出了充分的空間，也為教師的創(chuàng)造性教學留出了空間。在學習完DNA的分子結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)之后，讓學生分學習小組課外分別制作DNA的分子結(jié)構(gòu)模型。學生完成后，在課堂上讓每組展示各自的模型并講解每一個結(jié)構(gòu)所選材料代表的結(jié)構(gòu)及怎樣體現(xiàn)它功能的原因。制作模型中存在的問題讓其他組同學找出并給出更好的建議。這樣就有助于增強學生對細胞這一微觀結(jié)構(gòu)的感性認識、理解相關(guān)理論內(nèi)容，而且可以激發(fā)其求知欲望。

通過模型構(gòu)建，充分發(fā)揮學生積極性、主動性和創(chuàng)造性，按照學生自己的思路，自主動手，相互協(xié)作，在制作過程中把握細胞模型的科學、環(huán)保、準確等原則，領(lǐng)悟結(jié)構(gòu)與功能特點、體驗成功的快樂，更好地掌握DNA的分子結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)，構(gòu)建知識網(wǎng)絡，活化了抽象知識。

二、建構(gòu)概念模型：梳理知識間內(nèi)在關(guān)系，掌握教材知識點，形成知識體系

概念模型是指以文字、符號、圖示等組成的流程圖形式表述客觀事物的生命活動規(guī)律，描述、闡明生命活動機理。概括出事物的本質(zhì)特征的模型。概念模型比較直觀、模式，由箭頭等符號連接的文學、關(guān)鍵詞比較清楚，簡明。能揭示事物的主要特征、本質(zhì)。

生物教學中，教學質(zhì)量主要取決于教師能否有效地歸納和總結(jié)已授課程。實際上，在課堂教學中，依據(jù)知識之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)構(gòu)建概念模型能夠?qū)崿F(xiàn)有效地歸納和總結(jié)已授課程的目標。這樣構(gòu)建的概念模型有助于學生把握生物知識之間的內(nèi)在聯(lián)系，達到融會貫通的學習效果。生物教學的主要內(nèi)容在于闡述生命運動的形式及規(guī)律，而生命運動屬于自然界中最為復雜的運行形式，只有將其納入一個系統(tǒng)或者模型之內(nèi)才能真正地理解其中各元素的聯(lián)系。因此，在生物教學實踐中，按照教學思路將知識循著一條主線貫穿在一起，有助于學生基于宏觀角度把握知識點，同時正確理解知識點之間的聯(lián)系與區(qū)別，達到事半功倍的教學效果。

三、建構(gòu)數(shù)學模型，揭示問題本質(zhì)、規(guī)律

數(shù)學模型是指用來描述一個系統(tǒng)或它的性質(zhì)的數(shù)學形式，數(shù)學模型是以數(shù)學計算公式、函數(shù)式、曲線圖及柱形圖、餅狀圖來準確、定量地描述生命活動規(guī)律，反映事物變量之間的關(guān)系。如有絲分裂過程中DNA含量變化曲線、酶的活性隨pH變化而變化的曲線、同一植物不同器官對生長素濃度的反應曲線、孟德爾豌豆雜交實驗中9：3：3：1的比例關(guān)系等。數(shù)學模型建構(gòu)的一般步驟為：觀察研究對象，提出問題→提出合理的假設→根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，用適當?shù)臄?shù)學形式對事物的性質(zhì)進行表達→通過進一步的實驗或觀察等對模型進行檢驗或修正。

四、高中生物模型教學的應用、特點及意義

模型構(gòu)建已經(jīng)成為當前高中生物教學的內(nèi)容之一，在某種程度上講，模型構(gòu)建和理解模型是學生理解和掌握生物學知識的有效工具?？梢?，模型構(gòu)建在高中生物教學中發(fā)揮著重要作用，高中生物教師要在意識到此點基礎(chǔ)上，有效地利用這一教學方法。在現(xiàn)代生物學研究中經(jīng)常使用模型方法，通過尋找變量之間的關(guān)系，構(gòu)建模型，然后依據(jù)模型進行推導、計算，作出預測。DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)過程就是一個非常典型的例子。模型方法在科學研究中具有重要作用，它在中學生物學課程中也有著重要的教育意義。高中生物學教材中，在用語言表述生命現(xiàn)象和生命活動規(guī)律的同時，也經(jīng)常用模型來進行解釋，模型已經(jīng)成為高中生物學知識內(nèi)容的一部分。

在生物教學過程當中，很多教師都有會有這樣的感覺：許多教學內(nèi)容由于各種因素開展不了實驗，或者即使做了實驗效果也不好。例如：“細胞的有絲分裂和減數(shù)分裂”、“光合作用和呼吸作用的過程”、“細胞的有絲分裂”等內(nèi)容。 因此，很多教師就用多媒體動畫代替了生物學實驗。預設的多媒體動畫的動態(tài)效果當然是一目了然的，但過多地用多媒體動畫取代實際的實驗操作，有背于新課標的教師創(chuàng)設情景、學生主動參與的初衷，也扼殺了學生的創(chuàng)造性思維和想象力。靜態(tài)的模型圖雖然不像動畫那樣的動感，但也可以理解為動畫經(jīng)典鏡頭的剪輯，只要發(fā)揮一下空間想象能力，同樣也可以將模型圖聯(lián)系起來，從而達到動態(tài)的效果。在教師的合理安排下，學生自己動手構(gòu)建模型圖，不但參與了課堂活動，同時在認識水平上也得到了升華。因此，課堂上充分發(fā)揮模型圖的作用，可以充分挖掘?qū)W生的潛能，有效提高課堂教學質(zhì)量，取得良好的教學效果。多年的生物學教學實踐證明，課堂上恰當?shù)貥?gòu)建生物學模型圖既有助于學生系統(tǒng)地、完整地學習和理解新知識，同時有助于學生去解決生物學問題。

總之，利用模型進行教學，加深學生對生物學基本概念、基本原理、生理過程的理解，幫助學生構(gòu)建知識體系和知識網(wǎng)絡，可有效展現(xiàn)知識的內(nèi)涵和外延，提高學生利用知識和技能，分析、解決問題的能力，鍛煉學生運用抽象的思維方法分析處理問題的能力，提高學生獨立學習、合作學習探究的能力。