高中生物系列模型評價量表的編制

楊其 霍靜 楊宿燕

摘要：科學思維的培養(yǎng)需要建立在解決實際問題的過程中。本研究編制了高中生物系列模型評價量表，在對其進行驗證和修訂后，應用該量表對“DNA到性狀表現(xiàn)”的生物系列模型進行評價。結(jié)果表明系列模型評價量表可用于分析高中生物系列模型質(zhì)量，發(fā)展學生的科學思維。

關(guān)鍵詞：高中生物;科學思維;系列模型;評價量表

模型從功能角度上可以分為物理模型、概念模型、數(shù)學模型、圖像模型、類比模型、模擬等[1]。“模型與建?！笔强茖W學習者的關(guān)鍵工具[2]，是逐漸發(fā)展中學生科學思維的具體方法?！镀胀ǜ咧猩镎n程標準（2017版）》（以下簡稱“新課標”）強調(diào)應用模型幫助學生理解抽象的科學知識。例如，“遺傳的分子基礎(chǔ)”知識單元包括的模型有DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)，基因轉(zhuǎn)錄、翻譯過程圖解等。這些類型多樣的模型，分別隸屬于不同的章節(jié)，幫助學生理解對應的生物學概念，但孤立的知識，不利于形成知識間的聯(lián)系，學生難以形成知識結(jié)構(gòu)。為了解決這個問題，本研究根據(jù)已發(fā)表文獻中的“花青素合成酶”基因的一段具體序列，制作了一個“花青素合成酶基因的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)”物理模型，并配合該序列制作了轉(zhuǎn)錄、翻譯的動態(tài)的圖像模型，以及學生動手操作的蛋白質(zhì)翻譯物理模型，再利用提取出的花青素，讓學生完成實驗，觀察植物的顏色隨環(huán)境pH的變化而變化，通過構(gòu)建的這一套系列模型幫助學生探秘姹紫嫣紅的植物世界，理解植物花的顏色性狀由基因和環(huán)境因素共同決定，并建構(gòu)起了從“DNA到性狀表現(xiàn)”的知識結(jié)構(gòu)，這種具有聯(lián)系的多個模型，組合成了“生物系列模型”。

如何評價該生物系列模型是否符合中學教學的需要，是否能幫助學生形成知識結(jié)構(gòu)，并基于生物學事實和證據(jù)運用歸納與概括、演繹與推理等方法，探討、闡釋生命現(xiàn)象及規(guī)律，發(fā)展學生的科學思維，還須開發(fā)相關(guān)的評價量表進行評價。因此，在完成系列模型開發(fā)與制作的基礎(chǔ)上，從評價的目標和任務出發(fā)，采用演繹的思維方式[3]，編制和修訂生物系列模型評價量表，并用于評價“遺傳的分子基礎(chǔ)”的系列模型，檢測其實效性。

生物系列模型是高中生物學相關(guān)的、由師生共同建構(gòu)的模型，是思想、事件、過程與實物結(jié)合后的系統(tǒng)表現(xiàn)，是為達成生物學教育目標而模擬原型并做了簡化的描述。它不包括原型的全部特征，但能描述、解釋、反映原型所包含的科學知識及其本質(zhì)特征，并建立要素或變量之間的關(guān)系[4]。系列模型是多個有聯(lián)系的模型，幫助學習理解知識單元的結(jié)構(gòu)，并發(fā)展學生的科學思維。

一、生物系列模型指標體系的初構(gòu)

在參考與模型評價相關(guān)的文獻基礎(chǔ)上，考慮到“教具”也是模型的一種形式，又搜集“中學生物模型評價”和“中學生物教具評價”相關(guān)的文獻資料，提取出與生物模型評價相關(guān)的指標進行詞頻統(tǒng)計，得到圖1所示結(jié)果。

通過分析、比較圖1各指標內(nèi)涵，將指標有重合的內(nèi)容進一步整合，如科學性和準確性;將不同層次的指標進一步進行歸類，如使用價值應該包含了傳遞知識、掌握知識間的聯(lián)系等。確定了生物系列模型是對所表征對象的簡化和描述，并以“基本特性”“在學習中的作用”和“主要特色”三個指標作為高中生物系列模型評價的一級指標。

“基本特性”主要依據(jù)模型建構(gòu)的基本原則。模型是對所表征對象的簡化和描述，必須具科學性，即模型與所表征對象具有相似性且更簡明。除此之外，模型還應有趣、美觀，才能引起學生探究的欲望[5]。因此，系列模型的二級指標包括相似性、簡明性、趣味性、美觀性。由于系列模型涉及多個模型，它們間應相互關(guān)聯(lián)，因而系列模型的二級指標還應包括系統(tǒng)性。

“在學習中的作用”的基本指標由模型建構(gòu)的目的確定。高中生物系列模型是為了幫助學生更好地完成知識的記憶和理解，為其在新環(huán)境中實現(xiàn)知識的遷移應用作基礎(chǔ)，即訓練學生科學思維。具體表現(xiàn)在能幫助學生突破生物學重難點知識的學習[6]，并將知識有效串聯(lián)，形成知識結(jié)構(gòu);結(jié)合創(chuàng)設(shè)的學習情境，啟發(fā)學生思考相關(guān)問題，分析問題，基于事實和證據(jù)解決問題，從而發(fā)展科學思維?！霸趯W習中的作用”的二級指標包括呈現(xiàn)知識、簡化重難點知識、促進形成知識結(jié)構(gòu)、啟發(fā)思考、解決問題。

“主要特色”是生物系列模型在其他方面的優(yōu)點。建構(gòu)模型時，如果在前人研究基礎(chǔ)之上，不斷創(chuàng)新、完善，能強化學生創(chuàng)新思維的培養(yǎng);如果能考慮工程、藝術(shù)、物理等多學科的知識，并且從學生認知特點出發(fā)，注重教育情境的創(chuàng)設(shè)以及模型的互動效果的設(shè)計，能豐富模型的內(nèi)涵。同時，模型制作材料應優(yōu)先考慮生活中容易獲得的物品，這樣模型會更具有安全性、實用性，具備推廣價值。“主要特色”包含的二級指標有創(chuàng)新性、可操作性、多學科知識融合性、可推廣性。

二、驗證與完善生物系列模型評價量表

量表初步完成后，首先咨詢了6名專家型高中生物教師對指標體系的意見，根據(jù)專家意見修訂出“生物系列模型評價量表”的指標體系。

之后利用“問卷星”平臺，向中學生物教師咨詢“生物的系列模型評價量表”各級指標意見，通過網(wǎng)絡(luò)回收有效問卷43份。再用定量統(tǒng)計法對單純排序指標利用公式（1-1）[7]計算權(quán)重。

（注：n為有效問卷總數(shù);m為同層指標數(shù);Ri為各指標各個等級排序之和;Wi為指標的權(quán)重，∑Wi=1。）

根據(jù)統(tǒng)計結(jié)果，計算各級指標及其權(quán)重如表1所示，對評價量表中的每一項指標評定標準制定為優(yōu)、良、中、差四個等級，分別表示4、3、2、1分，得到最終的評價量表（見表1）。

三、生物系列模型評價量表的初步應用

邀請5名專家利用建構(gòu)的生物系列模型評價量表進一步評價以“從DNA到性狀表現(xiàn)”遺傳的分子基礎(chǔ)知識單元系列生物模型。優(yōu)、良、中、差分別計分為4、3、2、1。專家評分的平均分為3.22分。一級指標分值與總分的相關(guān)系數(shù)為0.884～0.933，均有統(tǒng)計學意義（P值均<0.05），說明相關(guān)性較大。二級指標信度分別為0.79～0.86，量表的總體信度為0.83，均在0.70以上。也就是說，本研究構(gòu)建的高中生物系列模型評價指標體系具有較好的內(nèi)部一致性。

模型的建構(gòu)和使用，離不開故事和話語理解、演繹和歸納推理[8]，生物系列模型能夠幫助學生形成知識結(jié)構(gòu)，能在發(fā)展學生科學思維上發(fā)揮指導作用。開發(fā)生物系列模型的評價量表，對于教師有據(jù)可循的教學行為具有重要的指導意義。

教師在建構(gòu)系列模型教學時，為了避免主觀上的偏見，需要在教學實踐中尋找評價教學行為的依據(jù)，編制評價量表就是一個重要的工具，在這個過程中教師的教學行為可以得到規(guī)范，也為培養(yǎng)學生的科學思維找到載體。通過開發(fā)更具針對性的與原型相似并且比其簡明的模型，簡化重難點知識，有效地呈現(xiàn)關(guān)鍵知識，易于學生掌握;通過開發(fā)相互關(guān)聯(lián)的多個模型，將知識有效串聯(lián)，幫助學生形成知識結(jié)構(gòu)，為學生知識遷移應用、問題解決作鋪墊;通過開發(fā)趣味性、美觀性強的模型，吸引學生主動探索，在動手操作過程中啟發(fā)學生思考、闡釋生命現(xiàn)象及規(guī)律;通過開發(fā)融合多學科知識的模型，幫助學生更好地審視或論證生物學社會議題，應用多學科知識來共同解決生活中的問題[9]，讓學生在基于模型證據(jù)解釋現(xiàn)象、解決問題的過程中發(fā)展科學思維。

教師還可以為學生創(chuàng)設(shè)合理的建模情境，引導學生對生命現(xiàn)象進行觀察，使用類比推理將他人模型的各個方面綜合，運用創(chuàng)造性思維自主建構(gòu)模型，解決問題。學生所建模型顯示出的知識通常比用傳統(tǒng)評價方法評價出的內(nèi)容更深刻也更具理解性[10]。教師可通過評價量表評價學生建立的模型，以此評估學生對知識的理解，有效地對學生進行知識獲得和科學思維訓練上的指導。

高中生物系列模型評價指標體系的編制是一項改善基礎(chǔ)教育生物課程質(zhì)量的基礎(chǔ)工作。本研究在探索指標體系時，依據(jù)是我國高中生物課程標準和生物教材對科學思維、模型相關(guān)的界定和描述，運用了測量學的理論和經(jīng)驗，同時考慮生物課程教學中的實際狀況，為高中生物教學中模型的建構(gòu)、評價、基于模型的科學思維的訓練提供了基礎(chǔ)資料。

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[9]?? Hoskinson A M，Couch B A，Zwickl B M，et al.Bridging Physics and BiologyTeachingthroughModeling[J].AmericanJournalofPhysics，2013，82（05）.

[10] 何美，裴新寧.科學教學中的建模活動：若干概念與研究主題[J].全球教育展望，2009，38（02）.

【責任編輯 郭振玲】

該文為重慶市人文社會科學重點研究基地項目“科學實驗與科學思維培養(yǎng)的策略研究”（14SKB039）、重慶市普通高中教育教學改革研究課題“基于生物教學的學生理性思維培養(yǎng)的實踐研究”（2017CQJWGZ3044）的部分成果