“模型建构”在高中生物教学中的应用及误区分析

熊忠良

摘 要：模型建构是一种重要的科学方法，通过探讨模型建构的价值及应用分析，了解建模误区寻找解决办法，培养学生建构模型的科学思维。引导学生主动参与构建模型的过程，让学生在分析问题，解决问题过程中提高建模能力和模型思维能力，有效提高学习效率。

关键词：模型建构;物教学应用;无趣分析

模型建构是一种重要的科学方法，也是新课标中应该高度重视的一项有利的教学资源力。《美国国家科学教育标准》中也要求学生“运用逻辑和证据来构造和修改科学解释和科学模型”，将其作为进行科学探究所需要的基本能力。人教版高中生物新教材选择的内容充分体现了这种要求，其中含有丰富的模型建构的素材。用好这些素材，充分发挥模型的作用，可以充分挖掘学生的潜能，有效提高教学质量。教师在教学过程中应该引导学生参与到模型建构的活动中来。

一、生物教学中模型建构的价值和意义

模型方法在科学研究中具有重要作用，高中生物学中的模型构建活动与科学研究中的模型构建不完全相同，高中生物课程中的模型构建是为了让学生更好的掌握具体生物学内容而服务的。美国《国家科学教育标准》指出，学生的探究活动最终应该构造一种解释或一个模型。我国课程标准也很重视模型的教育意义。

所谓"模型”，是指模拟原型（所要研究的系统的结构形态或运动形态）的形式，它不再包括原型的全部特征，但能描述原型的本质特征，高中生物必修1教材对模型的定义是：“模型是人们为了某种特定目的而对认识对象所做的一种简化的描述，这种描述可以是定性的，也可以是定量的;有的借助于具体的实物或其他形象化的手段，有的则通过抽象的形式来表达”。一般可分为物理模型、概念模型和数学模型三大类。物理模型如真核生物的三维结构模型、细胞膜的流动镶嵌模型、DNA分子双螺旋结构模型;概念模型如血糖平衡调节的模型、达尔文的自然选择学说的解释模型等;数学模型如“J”型种群增长的数学模型N t=N0λt、基因分离与自由组合定律，有丝分裂中DNA含量变化曲线等。

高中生物学中的模型建构活动与科学研究中的建立模型不完全等同，它是为学生更好地掌握具体生物学内容而服务的。例如，沃森和克里克建立DNA双螺旋结构模型的目的，是为了揭示当时并不清楚的DNA分子结构。高中生物学中的“制作DNA双螺旋结构模型”的模型建构活动，主要是对“DNA分子的双螺旋结构”这个结论进行具体化，所建立的模型是物理模型;其主要目的不是探索DNA分子的结构，而是通过制作物理模型来加深对DNA分子的结构的理解，并体验具体化的模型的作用。可见，高中生物学中的模型建构的价值体现在让学生通过尝试建立模型，掌握或巩固有关生物学概念，体验模型建立的思维过程，并领悟建模方法。

二、模型建构在教学活动中的实践与应用

在教学中我们往往重视对模型结论的运用，而忽视了建模方法的传授。其实，“授之以鱼不如授之以渔”，引导学生在模型建构中领悟建模的一般方法，只有掌握了模型建构的方法才拥有认识世界的工具。

1.物理模型在生物课堂教学中的应用

就《基因指导蛋白质的合成》这节内容而言，转录和翻译过程对学生而言，是很抽象的过程，即便是我们通过图片、动画给学生展示该过程，学生的理解也不深入，这节内容适合开展探究性学习，教师引导学生开展小组合作，共同构建转录翻译的过程，在这个过程中，让学生通过自己动手，构建物理模型，并展示作品进行交流、互评，能有效地掌握相关的概念，提升学生的理解水平。

具体教学策略如下：

（1）回忆以前所学的基础性概念：通过教师提问的方式进行。要使学生能准备描述出DNA和RNA的区别，并且介绍三种RNA结构、特点。

（2）学生阅读课本自学转录、翻译过程，初次接触新概念

（3）将学生分组，小组成员合作，利用现成的材料（彩色纸板、纸片等）制作转录和翻译的模型。教师组织学生讨论、交流。取长补短，完善模型。

学生通过自己制作转录和翻译模型，对转录和翻译过程有了感性认识;手脑并用操作转录过程的“碱基配对”，以及翻译过程蛋白质的形成。亲自体验了mRNA如何形成，tRNA如何转运氨基酸，tRNA与mRNA的配对，以及核糖体的结构，大大加强了印象;有利于学生深入理解一些细节知识点，比如DNA和mRNA的碱基配对原则与mRNA和tRNA的碱基配对原则有和不同，密码子与反密码子的区别，mRNA与tRNA的结构上的不同点，以及翻译过程核糖体的移动方向的判断等等。组间的相互交流更是从语言表达上进一步加强了对该过程的深入的理解。

2.数学模型在生物课堂教学中的应用

就《种群的数量变化》这节内容而言，学生需要掌握两种生长曲线，“J”型和“S”型曲线，教师在课堂上可以引导学生探究。

具体策略如下：

（1）教师简单介绍细菌结构，假设在“理想环境条件下，细菌以二分裂方式增殖，且每20分钟繁殖一代”。试推算不同时间内一个细菌的繁殖情况，并完成如下表格。

（2）学生完成表格填写，并将表格中的数据转化成曲线图

（3）由学生根据以上规律得出数学公式，Nt=2t

进一步讨论：能不能根据细菌增长的方程式推导一个反映一般种群和细菌种群类似的种群增长的方程式？教师运用教材中实例，引导学生推导出一般种群的增长方程式 Nt=N0λt。

（4）教师总结“J”型曲线和“S”型曲线

通过模型构建，有利于学生掌握一些基本概念，“J”型曲线和“s”型曲線，以及两种模型出现的条件，通过小组合作探究种群增长的数学公式，更有利于学生深入理解种群增长率、增长速率的变化。

1、概念模型在生物课堂教学中的应用

模型方法就是以研究模型来揭示原型的形态、特征和本质的方法。它是连接理论和应用的桥梁，根据事物的本质特征及内在联系，构建一些概念模型，有助于理解生物知识间的联系，做到融会贯通。一般概念模型的构建应用在复习课中。比如：我们在复习免疫调节这部分内容时，教师可以引导学生以“免疫调节”为核心概念，将体液免疫、细胞免疫以及免疫反应的三个阶段等重要知识有机的组织在一起，以一个抽象模型的形式开展教学，可以帮助学生梳理这些知识点、重要概念，并将相关的知识点联系起来，逐步帮助学生构建知识体系。

三、模型建构在教学活动中的常见误区及对策

1、将模型与原型等同，不加区分

模型是原型的一种抽象，是在一定条件和范围内建立的，并不是原型本身。如在实验过程中看到的细胞或者教材等材料中出现的细胞显微照片是原型，而细胞结构示意图就是一种模型。随着对原型认识的不断深入，模型需要不断的“建构—解构—再构 ”，在修正中进一步完善，比如生物膜的流动镶嵌模型。

2、不重视引导学生主动构建模型，只重视模型的实际应用

模型构建需要很多时间，很多老师便简单处理构建过程甚至取消，生硬的将模型直接灌输给学生，直接讨论其特征及应用。实际上，模型的构建需要一个过程，建构主义理论认为每个人通过借助原有知识和在新的情境中运用旧的知识来构建意义和理解。模型建构实际上是一个探究的过程，在具体教学中只有引导学生切切实实在做中构建模型，探索规律的发现过程，领悟模型知识和模型方法，提高探究能力。

3、忽视本质模型的应用，构建过多繁琐的应用模型，加重学生负担

在教学中，教师为帮助学生更快地解决不同实际问题，将一系列模型推给学生，希望学生按不同类型套用，导致模型繁多，加重学生负担，达不到预期效果。模型本来是对复杂原型的高度概括，模型方法就是抓住原型的本质特征，把复制的原型客体加以简化和纯化，并对抽象的假或命题进行逻辑转换，以构建一个能反映原型本质联系的模型。对知识的概括，不应该用太多繁琐的模型，而应该尽量抓住本质规律，尽量用同一高度概括的本质模型去分析问题、解决问题，这样才能真正体现模型方法，在探究过程中促进知识迁移，促进思维发展的能力。

无论是科学研究还是学习过程，模型建构起着十分重要的作用。在生物课堂中教师应引导学生顺着科学的思路和方法去感知和探索，并从中领悟和形成运用建构模型的方法来解决有关的生物学问题，真正让学生做到自主探究性学习，并且能发展学生思维，提高学生的科学素养和科学探究能力。走出模型构建的误区，引导学生加入到主动构建模型的过程中，让学生置身于探索生物学现象，发现生命规律的活动中，在分析问题，解决问题过程中，提高建模能力和模型思维能力，这才是模型方法在教学时间中的意义所在。

參考文献

[1] 赵占良，人教版高中生物课标教材中的科学方法体系，中学生物教学

[2] 于梅，在新课标实施中切实加强模型方法的教育，中学生物教学

[3] 刑红军，论科学教育中的模型方法教育，教学研究