模型建構(gòu)在高中生物教學中的應(yīng)用策略研究

張清正

摘 要：在當下的生物教學中，學生的生物學習方式十分呆板，如此使學生喪失了自主學習的興趣和能力，而模型建構(gòu)能夠促進學生對生物知識的理解，尤其是針對十分難懂的微觀生物原理，通過模型對其進行有效的呈現(xiàn)，可以使得一些抽象的生物學知識變得具體生動，從而引導學生理解生物學科的本質(zhì)，并在其中掌握科學的學習方法，使學生的學習能力和興趣得到更高的提升。

關(guān)鍵詞：高中生物;教學;應(yīng)用研究;模型構(gòu)建

中圖分類號：G633.91?? 文獻標識碼：A?? 文章編號：1673-8918（2022）12-0115-04

一、 引言

模型構(gòu)建在高中生物學習中發(fā)揮了不可估量的作用和影響力，它可以有效培養(yǎng)學生的學習興趣從而提升學生的學習能力和表達交流能力，培養(yǎng)和發(fā)展學生的科學思維，促進學生學習成績的進步，從根本上改變學生的學習態(tài)度，讓學生對學習的積極性有效提升。其還可以增進同學彼此之間的交流，使其建立友誼，幫助學生更好地形成建模素養(yǎng)。

二、 模型構(gòu)建在高中生物教學中的產(chǎn)生的積極意義

（一）模型構(gòu)建在高中生物教學中的應(yīng)用效果

模型構(gòu)建是一個循序漸進、不斷重復的過程。在應(yīng)用程序中，必須對其進行完善和修改，使其達到完美的效果。學生能夠很好地適應(yīng)這種學習，而且大部分人都具有一定的實踐和思維能力。實驗班同學的物理、數(shù)學能力較強，所以對模型設(shè)計的使用和了解是沒有問題的。學習方法、教學方法是關(guān)鍵。長期以來，在老師的應(yīng)試壓力下，生物教育存在著學習自主性、積極性低、對生物學習興趣低、對生物學習的關(guān)注不夠等問題。學習方法是統(tǒng)一的、僵化的，因此不可能建立一個合適的概念體系和知識框架。模型設(shè)計教學可以改變學生的學習方式和學習方法。通過模型設(shè)計，可以建立良好的概念體系和知識框架，提高學生對生物科學的興趣，提高學生的學習能力，鍛煉建模和思維能力，增強學生的自信心，建立和諧的師生關(guān)系，促進師生交流。事實證明，在師生的共同努力下，該教學模式取得了成功。

（二）構(gòu)建模型的應(yīng)用可以促進教學專業(yè)的發(fā)展

作為課程的組織者，教師必須提前學習相關(guān)知識，查閱廣泛的材料，進行教學設(shè)計，將活動與教學緊密結(jié)合，并反映課程與教學之間的聯(lián)系。這對教師來說是非常困難的，但也可以利用教師的能力，掌握一定的專業(yè)技能，促進教師的專業(yè)能力成長。

（1）在學習模型設(shè)計相關(guān)知識的過程中，我們獲得了大量的專業(yè)知識和建模技能，這對提高教師的建模思維和建模技能起到了重要作用;

（2）培訓項目對教師來說是一項非常重要的技能。在創(chuàng)建模型的過程中，筆者閱讀了很多相關(guān)的教學項目，學到了很多關(guān)于教學設(shè)計的知識和技能，也在一定程度上提高了筆者的教學設(shè)計技能;

（3）開展建?；顒?，首先在課后給學生布置作業(yè)，補充概念模型，然后在課堂上起草并應(yīng)用物理模型，并在課堂上解釋和總結(jié)數(shù)學模型，在全面處理學生的家庭作業(yè)、組織和開展活動、調(diào)整和安排上課時間、積累未來教育教學工作的經(jīng)驗以及提高信心方面都起到了積極作用;

（4）在設(shè)計工作的框架內(nèi)，通過與同學交流，拉近和同學之間的距離，與同學們建立起了很好的聯(lián)系。一般而言，在教學中進行造型活動，既能給學生帶來正面的效果，又能促進教師的職業(yè)發(fā)展。在今后的教學中，我們要不斷地掌握新的知識、新的技能，并通過各種形式的活動，使自己的課堂變得豐富多彩，使學生愛上自己的生物課。

（三）模型的應(yīng)用有助于學生科學思維能力的發(fā)展

在中學生物版《高等教育》的“遺傳學與進化”模塊的前兩章中使用設(shè)計模型進行教學后，訪談、觀察和案例研究表明，模型構(gòu)建教育確實在培養(yǎng)學生的建模能力方面發(fā)揮了積極作用，從分析學習興趣、學習態(tài)度、科學思維和實踐能力中可以得出以下結(jié)論：

（1）部分學生對生物學很有興趣，對模型設(shè)計很感興趣。通過構(gòu)建模式，能激發(fā)學生的學習熱情，轉(zhuǎn)變學習態(tài)度;

（2）模型的設(shè)計能夠使大部分學生對生物學產(chǎn)生濃厚的興趣，培養(yǎng)他們的動手能力，培養(yǎng)他們的思考和想象力，提高他們的自信;

（3）榜樣教育不僅可以促進學生之間的交流，增進友誼，還可以促進良好師生關(guān)系的發(fā)展;

（4）在教學中使用該模式可以提高學生的建模能力，改變他們的學習方式，增強他們對科學的信心，提高他們對科學的熱情。

在高等教育生物學“遺傳學與進化”模塊的前兩章中開展建?；顒樱梢猿浞终{(diào)動學生的學習熱情，使學生能夠獨立參與設(shè)計模型的工作，實現(xiàn)積極的思維，充分調(diào)動小組合作的有效性，進行模型構(gòu)建，最終構(gòu)建自己的思維模型，創(chuàng)建自己的學習結(jié)構(gòu)，即概念體系和知識框架。在這個過程中，他們還運用自己的實踐能力去工作、表達和交流，提高彼此的信心，培養(yǎng)科學思維，并延伸到其他方面，使學生更加陽光、自信和優(yōu)秀，同時提高他們在各個方面的知識。大多數(shù)教師都應(yīng)積極參與、組織和開展此類活動。

三、 高中生物教學中模型構(gòu)建的應(yīng)用策略

（一）學校和教師應(yīng)注重學生技能的提高

在生物學教學中，學校與生物教師要重視培養(yǎng)學生的綜合素質(zhì)。作者認為，這和高考沒有什么沖突。近年來，我國高校招生考試越來越注重培養(yǎng)學生的能力，積極開展具有建設(shè)性意義的教學活動，注重學生的各種活動、技能的發(fā)展，而不是盲目地去學，只會一味地去理解，而要從長遠的眼光去思考。培養(yǎng)學生的自主意識、引起學生的關(guān)注、主動探究、不斷完善、不斷提升自身的綜合素質(zhì)、培養(yǎng)學生的科學思維、培養(yǎng)學生的科學興趣，才是真正為高考服務(wù)。

（二）教師積極參與，幫助學生完成模型;

要對學生提出的問題作出反應(yīng)，教師要事先設(shè)定好模型，對可能出現(xiàn)的問題進行預測，對備課中出現(xiàn)的各種問題作全面的規(guī)劃，對可能出現(xiàn)的意外事件進行預測，并采取相應(yīng)的對策。在教學模式設(shè)計中，老師試圖與同學們探討相關(guān)的課題及測驗。通過對模型的不斷改進和優(yōu)化，對模型進行及時的評價和校對，對錯誤進行及時的辨識，明確規(guī)則、知識和技能，使學員能夠在一定程度上糾正和了解模型的錯誤，獲得知識和技能，從而建立起正確的思維模式，建立起正確的知識結(jié)構(gòu)。在完成模型設(shè)計活動后，我們還應(yīng)與學生溝通，評估模型設(shè)計活動并給予確認，以便學生能夠完成二次作業(yè)并收集復雜的模型，以備將來需要。

（三）減輕學生的學業(yè)負擔

開發(fā)模型需要時間和精力。這就是我們需要減輕學生壓力的原因。筆者將標準作業(yè)減少了一半，但在創(chuàng)建模型時，尤其是創(chuàng)建額外的概念模型時，需要仔細完成作業(yè)。這比制造問題更重要，一開始你必須堅持。在后來創(chuàng)建物理模型的過程中，筆者將生物課交給學生，讓他們盡可能在課堂上完成模型的設(shè)計和制作，并盡量不占用他們的業(yè)余時間。同時，它改進和簡化了建模過程，減輕了學生的學業(yè)負擔，這樣，學生們堅持完成任務(wù)，完成的質(zhì)量也很好。這不僅不會影響學科，還可以獲得知識和建模技能，從而提高學生的自主性，并積極參與模型工作。筆者也希望學校和教師不要盲目地只關(guān)注學生的學業(yè)成績，也要關(guān)注學生技能的發(fā)展，真正提高學生的素質(zhì)。

四、 高中生物模型構(gòu)建過程

建立模式見圖1：

①選擇模型，針對各種問題選取適當?shù)哪Ｐ?②建立模型：依據(jù)選定的模型的結(jié)構(gòu)和構(gòu)成，進行科學的假設(shè)與預測，并建立一個初步的模型;③對模型進行檢驗，檢驗初始模型的適用性和連貫性，修正誤差;④采用有效的模型，在相似的情形下，確定其適用性;⑤通過模型的調(diào)試，對新問題進行求解，對模型的適用性進行評估;⑥模型重構(gòu)，在對模型進行改進的同時，對其結(jié)構(gòu)和功能進行修改、加強和擴展，建立心理模型，使建模在連續(xù)循環(huán)過程中趨于科學。

五、 模型構(gòu)建的原則

建模原則為：①科學性，即建模過程應(yīng)符合科學的邏輯過程，并能科學地展示原型的一些重要屬性;②直觀性：模型的設(shè)計是使學生更直觀地理解抽象事實和規(guī)律的活動，因此必須符合直觀性原則;③可視化，即所構(gòu)建的模型能盡可能生動地表達原型的特征，使學生和教師更容易理解和應(yīng)用;④經(jīng)濟性，即建造模型的材料應(yīng)簡單、易于找到且經(jīng)濟，建造模型所花費的時間不應(yīng)太長;⑤及時性，即構(gòu)建的模型應(yīng)能夠有效地反映當時的事實、權(quán)利或問題;⑥相關(guān)性，即不同的內(nèi)容對應(yīng)不同的模式，同一內(nèi)容也可以有不同的模式，可以選擇最適合的模式進行構(gòu)建。

六、 建立生物模型的途徑

（一）模型準備

通過回顧適當?shù)呐f知識，建立新知識的思維框架。一種特殊的方法是，教師應(yīng)該讓學生對生物現(xiàn)象或生物概念有一個大致的了解，通過設(shè)置情境、復習舊知識、學習新知識或問題序列的形式在課堂上進行學習，這樣他們就可以有一個新知識的總體框架。例如，當我們談?wù)撋鷳B(tài)系統(tǒng)能量的流動時，首先，通過回顧上一課講授的生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和必修課講授的細胞代謝反應(yīng)，教師使學生能夠在頭腦中創(chuàng)建一個整體框架。能量流動、物質(zhì)交換和結(jié)構(gòu)層次形成一個輸入輸出開放的系統(tǒng)，從而改善各營養(yǎng)層次之間的能量流動過程。

（二）教授新知識，讓學生建立圖表模型

在教師的指導下，學生討論如何以小組協(xié)作的形式建立研究對象的模型。概念模型要求學生建立網(wǎng)絡(luò)圖或概念過程圖，數(shù)學模型要求學生建立適當?shù)臄?shù)學表達式或曲線，無論模型類型如何，學生都必須充分發(fā)揮自己的聰明才智，思考事物之間的關(guān)系和異同，分析和總結(jié)事物的基本特征，并提出模型。

（三）展示、評議和總結(jié)

與學生討論模型的正確性。一種具體的方法是，學生在小組中展示他們構(gòu)建的模型，并表達他們構(gòu)建模型的想法。其余的學生有勇氣提問，他們一起分析模型的正確性，最后在老師的建議下建立正確的模型。

（四）修改模型并執(zhí)行問題鞏固

在前面的過程中修改和總結(jié)模型后，此過程通過執(zhí)行一些練習來測試學生對知識的掌握情況。模型教學的基本問題是通過建立模型讓學生掌握知識。執(zhí)行問題鞏固是該模式教學成功的標志。

七、 高中生物模型構(gòu)建的方法舉例

以“生態(tài)系統(tǒng)能量流動”為例，介紹了“生態(tài)系統(tǒng)能量流動”的概念，并透過多媒體的方式，讓學生從“能源流動”的概念中，擷取出“輸入”“傳輸”“轉(zhuǎn)換”與“損失”等關(guān)鍵概念。老師在此基礎(chǔ)上，將四種不同的能量流動點聯(lián)系起來。在無機環(huán)境中，能源僅僅是光的能源。光能怎樣促進生物生長？只要記得植物的光合作用，就可以把能源投入搞定。能量在生物群體中傳播、轉(zhuǎn)化和丟失。那么，能量是和什么在一起的？學生自然而然地聯(lián)想到了食物鏈，所以，所謂的“能量轉(zhuǎn)換”，就是通過光合作用把光能變成化學能，再把化學能變成有機體。他們會自然而然地回想起呼吸、制造ATP和散發(fā)熱量的過程。ATP為所有生命活動提供能量，然后熱能又流失回無機環(huán)境。方框則表示生態(tài)系統(tǒng)太大。我們在此基礎(chǔ)上構(gòu)建了一個模型。我們以制造者為例，繼續(xù)其能源變化。多媒體在Seda-Berger圖上顯示能量流圖，供學生仔細觀察。此時，仍有必要考慮如何引入能源。它前面能源是太陽能，制造者在陽光照射后進入什么形式？學生們仔細地回答說，這是通過光合作用實現(xiàn)的，然后引導學生考慮輸出能量。因此，對其他營養(yǎng)學，我們也可以通過一個模型構(gòu)建一個特定的傳播過程。

比如說，研究酵母菌的呼吸是怎么進行的。在此基礎(chǔ)上，我們設(shè)計了一個實驗裝置，以獲取實驗結(jié)果，并與學生進行探討，以了解兩種不同的呼吸模式，再由不同的步驟來解釋兩種不同的呼吸模式。最后，透過不同的生物呼吸實例，進一步了解細胞的呼吸。但是，如果只用簡單的公式來說明呼吸的過程，顯然，學生不會對此產(chǎn)生什么印象，并且難以理解。在此基礎(chǔ)上，筆者提出了一種新的方法，即：從模型的編制階段，對中學的宏觀呼吸生物學進行了回顧，并將其引入新的課程中;提出一系列的問題，讓學生歸納出其基本的呼吸原理;通過示范試驗，探討酵母的呼吸模式，掌握兩種呼吸模式。知識目的：通過概念模型的建立，理解有氧與無氧呼吸的概念、一般反應(yīng)式、過程及示意圖;能力目標：①運用數(shù)學模型訓練學生分析問題能力;②分析比較有氧與無氧呼吸的差異與聯(lián)系，使學生能夠構(gòu)建知識系統(tǒng)，分析比較相關(guān)知識;情感目的：通過對有氧和無氧呼吸的相互關(guān)系的剖析，滲透其不斷發(fā)展、變化和適應(yīng)的特征，從而逐漸掌握生活的發(fā)展和變化的意義。

八、 結(jié)語

模型建構(gòu)能夠促進學生對相關(guān)的生物概念和知識的理解，尤其是針對十分難懂的微觀生物原理通過模型對其進行有效的呈現(xiàn)，從而使得一些抽象的生物學的知識變得更加的具體生動，從而引導學生對生物學科的本質(zhì)進行更好的理解和探究，在這樣的過程中掌握有效的科學學習方法。

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