例談模型法在高中生物概念教學(xué)中的應(yīng)用

黎麗君

摘 ? ?要： 概念是生物學(xué)知識(shí)的一個(gè)重要組成部分，提高概念教學(xué)的有效性是生物教育教學(xué)研究的一個(gè)重點(diǎn)和難點(diǎn)，傳統(tǒng)“以教為中心”教學(xué)模式中，學(xué)生對(duì)概念的理解是機(jī)械式的，遺忘率高。模型對(duì)概念原型的生動(dòng)闡釋，是將原型高度純化之后的本質(zhì)顯現(xiàn)，可作為概念呈現(xiàn)的有效載體，模型建構(gòu)的過(guò)程即概念生成的過(guò)程。本文通過(guò)案例探討以模型建構(gòu)的方法提高高中生物概念教學(xué)的有效性。

關(guān)鍵詞： 模型法 ? ?高中生物 ? ?概念教學(xué)

生物學(xué)是研究自然界中生命運(yùn)動(dòng)規(guī)律的學(xué)科，自然界生物種類繁多、運(yùn)動(dòng)錯(cuò)綜復(fù)雜，幾乎每個(gè)具體的問(wèn)題都涉及許多概念，因此如何提高生物概念教學(xué)的有效性是生物學(xué)科教學(xué)發(fā)展的一個(gè)重要課題。模型方法直觀形象，揭示了原型的本質(zhì)屬性，而模型建構(gòu)的過(guò)程充分發(fā)揮了學(xué)生的主觀能動(dòng)性，使學(xué)生主動(dòng)參與知識(shí)構(gòu)建，符合新課程改革精神，因此將模型方法引入生物概念教學(xué)，是提高教學(xué)質(zhì)量的有益嘗試。

1.高中生物學(xué)概念特點(diǎn)及現(xiàn)有教學(xué)方法存在的問(wèn)題

高中生物學(xué)概念是對(duì)生物的結(jié)構(gòu)、生理功能乃至一切生命現(xiàn)象、原理及規(guī)律的精確而本質(zhì)的闡述，是學(xué)生進(jìn)一步探究生物學(xué)現(xiàn)象與規(guī)律的基礎(chǔ)，具有很強(qiáng)的客觀性、概括性和抽象性[1]。高中生好奇心強(qiáng)，求知欲旺盛，感性認(rèn)識(shí)和具體形象思維能力強(qiáng)。但對(duì)抽象概念缺乏理性認(rèn)識(shí)，因此，概念的生成要與學(xué)生的心理特點(diǎn)和認(rèn)知規(guī)律相吻合，從感性到理性，從現(xiàn)象到本質(zhì)一步步地引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)探索與認(rèn)知。而傳統(tǒng)教學(xué)以教師為中心，忽視學(xué)生的能動(dòng)性，學(xué)生被動(dòng)接受知識(shí)，對(duì)概念的本質(zhì)理解不透，腦子里只有概念的名詞表象，無(wú)法將概念應(yīng)用于實(shí)際，解決問(wèn)題，概念的學(xué)習(xí)對(duì)學(xué)生科學(xué)探究、合作交流、情感態(tài)度與價(jià)值觀等因素的培養(yǎng)沒(méi)有起到應(yīng)有的作用。

2.模型方法引入概念教學(xué)的意義

人教版高中生物必修1教材對(duì)模型的定義是：“模型是人們?yōu)榱四撤N特定目的而對(duì)認(rèn)識(shí)對(duì)象所做的一種簡(jiǎn)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(shí)物或其他形象化的手段，有的則通過(guò)抽象的形式來(lái)表達(dá)?！庇纱硕x可知，模型本身就是對(duì)概念的生動(dòng)闡釋，而且是高度抽象化、純化后的本質(zhì)顯現(xiàn)，因其生動(dòng)形象、簡(jiǎn)化的特點(diǎn)，可作為概念呈現(xiàn)的有效載體，模型建構(gòu)過(guò)程即是概念生成的過(guò)程。因此，模型方法的引入對(duì)于提高概念教學(xué)的有效性大有裨益。

3.模型分類

模型方法是通過(guò)構(gòu)建模型研究、揭示原型（概念）的形態(tài)、特征和本質(zhì)的方法，是邏輯方法的一種特有形式[2]。根據(jù)模型呈現(xiàn)方式的不同，可分為三大類：物理模型、概念模型和數(shù)學(xué)模型。物理模型是指以實(shí)物或圖像形式直觀地表達(dá)認(rèn)知對(duì)象特征的模型，是對(duì)原型的純化和簡(jiǎn)化、具有一定的形態(tài)結(jié)構(gòu)特征，如人工制作或繪制的DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)模型、真核細(xì)胞三維結(jié)構(gòu)模型、細(xì)胞膜流動(dòng)鑲嵌模型等;概念模型是指以文字、圖解等形式抽象概括出事物本質(zhì)特征的模型，如減數(shù)分裂過(guò)程染色體變化圖解、血糖調(diào)節(jié)模型等;數(shù)學(xué)模型是指用來(lái)描述一個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行規(guī)律的數(shù)學(xué)形式，如數(shù)學(xué)公式、算法、表格等[3]。本文重點(diǎn)論述物理模型與概念模型的應(yīng)用。

4.物理模型的應(yīng)用案例

案例：通過(guò)構(gòu)建目的基因與載體拼接模型理解“自身環(huán)化”、“反向拼接”。

活動(dòng)指導(dǎo)：以學(xué)習(xí)小組為單位，向每個(gè)小組提供一個(gè)含目的基因的DNA片段（黃色卡紙），一個(gè)環(huán)狀質(zhì)粒（綠色卡紙），卡紙上寫有堿基序列，同學(xué)們手中的剪刀相當(dāng)于EcoRⅠ，透明膠帶相當(dāng)于DNA連接酶，請(qǐng)你觀察目的基因與運(yùn)載體序列，在相應(yīng)的位置剪切并拼接，看看可以拼出多少種不同類型的產(chǎn)物？

學(xué)生活動(dòng)：經(jīng)過(guò)觀察找到EcoRⅠ的識(shí)別序列GAATTC后在G和A之間剪切，目的基因兩端都有EcoRⅠ的識(shí)別序列，剪切后得到3個(gè)片段，質(zhì)粒上也有一個(gè)EcoRⅠ的識(shí)別序列，剪開(kāi)后經(jīng)觀察發(fā)現(xiàn)：質(zhì)粒的黏性末端與目的基因的黏性末端相同。多數(shù)小組能將目的基因與質(zhì)粒進(jìn)行拼接，但堿基序列方向有所不同（“反向拼接”）。有些小組創(chuàng)新思維，將目的基因翻轉(zhuǎn)，首尾銜接（“自身環(huán)化”），將質(zhì)粒翻轉(zhuǎn)，拼接成功。

案例分析：基因工程是在分子水平上進(jìn)行的操作，技術(shù)要求高，學(xué)生無(wú)法實(shí)驗(yàn)操作，通過(guò)模型模擬演繹，親身體驗(yàn)基因剪切、基因拼接的過(guò)程，理解剪切、拼接的實(shí)質(zhì)所在，有親手制作的模型在，原本陌生而抽象的概念變得直觀生動(dòng)，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)與實(shí)踐能力。

5.概念模型的應(yīng)用案例

案例1：“DNA半保留復(fù)制”模型的建構(gòu)。

模型情境：有人認(rèn)為DNA是半保留復(fù)制，有人認(rèn)為是全保留復(fù)制。現(xiàn)有一個(gè)雙鏈均為■N的DNA分子，放到■N的培養(yǎng)基中培養(yǎng)，若進(jìn)行半保留復(fù)制，則復(fù)制后的得到的2個(gè)DNA都是一條鏈為■N，另一條鏈為■N;若進(jìn)行全保留復(fù)制，則復(fù)制后一個(gè)DNA雙鏈均為■N（保留原狀），另一個(gè)新生的DNA雙鏈均為■N，若經(jīng)離心，就會(huì)出現(xiàn)輕重中不同的條帶（顯示圖片）。請(qǐng)你根據(jù)以上所給資料設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)方案，探究DNA復(fù)制的方式，理解何為“半保留復(fù)制”。

案例分析：抓住學(xué)生的好奇心，創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境，引導(dǎo)學(xué)生分析背景資料所給信息，讀懂信息后通過(guò)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案（模型）的方式表現(xiàn)DNA的半保留復(fù)制。學(xué)生積極讀取信息，獲得一種感性認(rèn)識(shí)：半保留復(fù)制得到的雙鏈DNA，均為母鏈+新鏈的組合，即■N/■N;而全保留復(fù)制得到的2個(gè)DNA，其中一個(gè)與模板一模一樣（■N/■N，最重），另一個(gè)DNA雙鏈都是■N/■N（最輕）。由此，形成實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路：將復(fù)制一次后的DNA進(jìn)行離心，若只出現(xiàn)中帶，則說(shuō)明是半保留復(fù)制，若出現(xiàn)輕帶與重帶，則說(shuō)明是全保留復(fù)制。這一模型的建構(gòu)基于實(shí)驗(yàn)結(jié)果的支撐，為后邊學(xué)習(xí)半保留復(fù)制的具體過(guò)程奠定基礎(chǔ)，使學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)得到順應(yīng)，不僅是對(duì)學(xué)生邏輯思維的有益訓(xùn)練，還能充分培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究精神與實(shí)踐創(chuàng)新能力。

案例2：“細(xì)胞呼吸”模型的建構(gòu)。

活動(dòng)指導(dǎo)：以學(xué)習(xí)小組為單位，每組獲得白紙1張，“線粒體”卡片1張，各階段反應(yīng)物、產(chǎn)物卡片若干，整張白紙代表一個(gè)細(xì)胞，白紙邊緣代表細(xì)胞膜，線粒體與細(xì)胞膜之間代表細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)，通過(guò)小組討論，合作交流，將相應(yīng)的卡片放到它們應(yīng)出現(xiàn)的位置，并用箭頭標(biāo)注各階段的反應(yīng)順序，物質(zhì)走向，時(shí)間6分鐘，然后展示建構(gòu)成果，小組互評(píng)，最后總結(jié)歸納細(xì)胞呼吸、有氧呼吸、無(wú)氧呼吸的概念。

案例分析：為完成此模型的建構(gòu)，學(xué)生需要分析各階段的反應(yīng)式及發(fā)生場(chǎng)所才能準(zhǔn)確找出相應(yīng)卡片并貼到相應(yīng)位置。為準(zhǔn)確地標(biāo)注箭頭，學(xué)生要將各階段反應(yīng)串聯(lián)起來(lái)形成一個(gè)完整過(guò)程。通過(guò)整合素材、圖形填充、繪制，學(xué)生充分發(fā)揮主觀能動(dòng)性，主動(dòng)參與知識(shí)構(gòu)建，最終形成細(xì)胞呼吸的直觀模型，突破“細(xì)胞呼吸”這一概念。

6.總結(jié)與反思

模型建構(gòu)過(guò)程中出現(xiàn)的一些問(wèn)題值得反思：（1）缺少形象化之后抽象出概念本質(zhì)的思維過(guò)程，模型建構(gòu)就會(huì)流于形式，變成游戲;（2）為追求細(xì)節(jié)上的美觀而舍本逐末，出現(xiàn)科學(xué)性錯(cuò)誤，則背離模型方法簡(jiǎn)化、抽象出本質(zhì)的要旨;（3）為建構(gòu)模型而建構(gòu)模型，須知模型的引入是為揭示概念實(shí)質(zhì)服務(wù)的，若背離這一初衷，則適得其反;（4）善用模型方法，不能濫用，并不是所有概念都適用于建構(gòu)模型，對(duì)于一些事實(shí)性概念，一些淺顯易懂的概念無(wú)需費(fèi)力建構(gòu)模型，而對(duì)于一些核心概念，抽象概念，有一定思維深度，有探究?jī)r(jià)值，則要巧妙運(yùn)用模型進(jìn)行演繹，抓住概念的本質(zhì)與核心。

參考文獻(xiàn)：

[1]胡向國(guó).高中生物概念教學(xué)探究[D].湖南師范大學(xué)碩士論文，2008.

[2]余自強(qiáng).高中生物學(xué)課程應(yīng)提高基本科學(xué)素養(yǎng)要求[J].生物學(xué)通報(bào)，2003，38（1）：36-37.

[3]普通高中生物課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)）.