四川省射洪中學(xué)校 江賢軍

美國《國家科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》把模型和科學(xué)事實(shí)、概念、原理、理論列為科學(xué)主題的重點(diǎn)，并將構(gòu)建、修改、分析、評價(jià)模型作為高中學(xué)生的基本科學(xué)探究能力。我國高中生物學(xué)課標(biāo)教材中也設(shè)置了不少模型，將生物學(xué)的基本原理、過程以各種方法進(jìn)行模擬或簡化。在生物教學(xué)中，充分利用這一資源可以增進(jìn)學(xué)生對模型和建模思想的理解，從而培養(yǎng)他們運(yùn)用模型和模型構(gòu)建方法進(jìn)行科學(xué)探究的能力。

一、生物學(xué)中的模型

高中生物學(xué)教材在用語言表述生命現(xiàn)象和生命活動(dòng)規(guī)律的同時(shí)，經(jīng)常提供相應(yīng)的模型。在生物學(xué)上，“模型”是指人們?yōu)榱四撤N特定目的而對認(rèn)識(shí)對象所作的一種簡化的概括性描述，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，有的則通過抽象的形式來表達(dá)。

1.物理模型。以實(shí)物或圖畫形式直觀地表達(dá)認(rèn)識(shí)對象的特征，這種模型就是物理模型。它包括天然模型和人工模型。

2.概念模型。通過分析大量的具體形象，分類并揭示其共同本質(zhì)，將其本質(zhì)凝結(jié)在概念中，把各類對象的關(guān)系用概念與概念之間的關(guān)系來表述，用文字和符號突出表達(dá)對象的主要特征和聯(lián)系。

3.數(shù)學(xué)模型。數(shù)學(xué)模型是用來描述一個(gè)系統(tǒng)或它的性質(zhì)的數(shù)學(xué)形式。

二、生物學(xué)教學(xué)中的模型構(gòu)建

模型的建構(gòu)在高中生物課程中的重要地位逐漸突顯出來。生物學(xué)問題的解決過程是一個(gè)探究過程，在這個(gè)過程中，人們常常使用模型構(gòu)建的方法，即建模法。所謂建模，就是要尋找變量之間的關(guān)系，構(gòu)建模型；然后依據(jù)模型進(jìn)行推導(dǎo)、計(jì)算，作出預(yù)測。建構(gòu)模型是在原型的基礎(chǔ)上從具體到抽象的過程，不同類型的模型建構(gòu)的方法和過程各不相同。

1.物理模型的建構(gòu)。

物理模型的建構(gòu)主要包括以下幾個(gè)步驟：

第一步：選定建構(gòu)模型的對象，分組收集相關(guān)資料，討論分析模型的特征，初步設(shè)計(jì)方案。

第二步：選擇模型建構(gòu)的材料。

第三步：針對材料細(xì)化方案中的各個(gè)步驟，確定模型制作的實(shí)施過程和具體分工。

第四步：按照分工制作各部分配件，然后將配件組合。

第五步：對照設(shè)計(jì)方案，處理細(xì)節(jié)以及修補(bǔ)存在的缺陷，完善模型。

第六步：與其他各組交流比較，作出合理評價(jià)。

2.概念模型的建構(gòu)。

概念模型的建構(gòu)主要是體現(xiàn)各個(gè)概念之間的關(guān)系，《分子與細(xì)胞》在第一個(gè)單元的自我檢測中提出了概念圖。概念圖就是用概念、連接以及表示概念間關(guān)系的連接詞來組織和表征知識(shí)的工具。有時(shí)在概念之間除了關(guān)系詞之外，還有一些簡單的符號（+、-）加以說明。畫概念圖就是概念模型建構(gòu)的過程，大致有以下步驟：

（1）首先確定主題，或復(fù)習(xí)章節(jié)。

（2）整理相關(guān)概念，梳理概念定義和聯(lián)系。

（3）將概念置于一定的位置，用箭頭連接。

（4）在連接之間用連接詞表示關(guān)系。

構(gòu)建概念模型的另外一種形式就是構(gòu)建某個(gè)章節(jié)綱要的知識(shí)體系，通常在專題復(fù)習(xí)課中使用。在復(fù)習(xí)過程中，可以引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)建立某個(gè)專題的知識(shí)綱要，構(gòu)建知識(shí)網(wǎng)絡(luò)。

3.數(shù)學(xué)模型的建構(gòu)。

數(shù)學(xué)模型的建構(gòu)一般主要包括五個(gè)步驟：

（1）模型準(zhǔn)備──研究對象，提出問題。

（2）模型假設(shè)──根據(jù)問題，提出假設(shè)。

（3）模型建立──根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，用適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)形式對事物的性質(zhì)進(jìn)行表述。

（4）模型的檢驗(yàn)──通過進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)或觀察，對模型進(jìn)行檢驗(yàn)或糾正。

（5）模型的應(yīng)用──通過建立的模型對相關(guān)現(xiàn)象進(jìn)行判斷和預(yù)測。

三、生物教學(xué)中模型構(gòu)建需注意的幾個(gè)環(huán)節(jié)

1.自覺反思。

模型構(gòu)建既需要學(xué)生理解模型設(shè)計(jì)所依據(jù)的原理，也需要學(xué)生具備一定的操作技能、邏輯推理能力和創(chuàng)新能力，盡可能地抽取原型中主要的、本質(zhì)的部分以模型的方式進(jìn)行表達(dá)。因此，模型構(gòu)建是否準(zhǔn)確到位，除了認(rèn)知教學(xué)外，學(xué)生的自我反思與監(jiān)控意識(shí)是需要教師著重引導(dǎo)的，這樣才能使學(xué)生的自覺反思貫穿于整個(gè)構(gòu)建模型過程中。

2.交流評價(jià)。

模型建構(gòu)完成后，個(gè)人或小組相互之間應(yīng)進(jìn)行交流評價(jià)，一方面可以取長補(bǔ)短，使模型更具科學(xué)性與合理性；另一方面還可以應(yīng)用已有知識(shí)對自己和別人的模型的優(yōu)劣作出判斷，闡明自己的理由。這樣不但可以提高自身的表達(dá)能力，培養(yǎng)思維的嚴(yán)謹(jǐn)性，而且可以培養(yǎng)和發(fā)展團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神。

3.模型再建。

對建構(gòu)模型作出了交流評價(jià)后，學(xué)生對模型的優(yōu)缺點(diǎn)有了更加全面的了解。這時(shí)，教師要適時(shí)鼓勵(lì)學(xué)生根據(jù)其他同學(xué)、老師的意見與自己的想法，對模型進(jìn)行修改或重新建構(gòu)。

4.模型應(yīng)用。

模型的建構(gòu)可以加深學(xué)生對原理的理解與掌握，但建構(gòu)模型不僅僅是為了學(xué)習(xí)，更重要的是為了將模型放到實(shí)踐中去進(jìn)行檢驗(yàn)反饋，應(yīng)用模型解決一些具體問題，這樣才能體現(xiàn)模型的科學(xué)探究價(jià)值。否則，建構(gòu)模型就會(huì)成為工藝制作或做游戲。

總之，在教學(xué)中引導(dǎo)并關(guān)注這幾個(gè)環(huán)節(jié)，不但有利于促使學(xué)生學(xué)會(huì)用模型構(gòu)建的科學(xué)方法來分析與解決問題，而且可以培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力與創(chuàng)新精神，提高自身的生物科學(xué)素養(yǎng)。

[1]（美）國家研究理事會(huì).美國國家科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn).1999：128-215

[2]朱正威、趙占良.生物①分子與細(xì)胞.2013（5）：54

[3]朱正威、趙占良.生物③穩(wěn)態(tài)與環(huán)境.2014（5）：65