張清正

摘 要：在當(dāng)下的生物教學(xué)中，學(xué)生的生物學(xué)習(xí)方式十分呆板，如此使學(xué)生喪失了自主學(xué)習(xí)的興趣和能力，而模型建構(gòu)能夠促進(jìn)學(xué)生對(duì)生物知識(shí)的理解，尤其是針對(duì)十分難懂的微觀生物原理，通過(guò)模型對(duì)其進(jìn)行有效的呈現(xiàn)，可以使得一些抽象的生物學(xué)知識(shí)變得具體生動(dòng)，從而引導(dǎo)學(xué)生理解生物學(xué)科的本質(zhì)，并在其中掌握科學(xué)的學(xué)習(xí)方法，使學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和興趣得到更高的提升。

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

中圖分類號(hào)：G633.91?? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A?? 文章編號(hào)：1673-8918（2022）12-0115-04

一、 引言

模型構(gòu)建在高中生物學(xué)習(xí)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(xué)生的學(xué)習(xí)興趣從而提升學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和表達(dá)交流能力，培養(yǎng)和發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維，促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)成績(jī)的進(jìn)步，從根本上改變學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度，讓學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)的積極性有效提升。其還可以增進(jìn)同學(xué)彼此之間的交流，使其建立友誼，幫助學(xué)生更好地形成建模素養(yǎng)。

二、 模型構(gòu)建在高中生物教學(xué)中的產(chǎn)生的積極意義

（一）模型構(gòu)建在高中生物教學(xué)中的應(yīng)用效果

模型構(gòu)建是一個(gè)循序漸進(jìn)、不斷重復(fù)的過(guò)程。在應(yīng)用程序中，必須對(duì)其進(jìn)行完善和修改，使其達(dá)到完美的效果。學(xué)生能夠很好地適應(yīng)這種學(xué)習(xí)，而且大部分人都具有一定的實(shí)踐和思維能力。實(shí)驗(yàn)班同學(xué)的物理、數(shù)學(xué)能力較強(qiáng)，所以對(duì)模型設(shè)計(jì)的使用和了解是沒(méi)有問(wèn)題的。學(xué)習(xí)方法、教學(xué)方法是關(guān)鍵。長(zhǎng)期以來(lái)，在老師的應(yīng)試壓力下，生物教育存在著學(xué)習(xí)自主性、積極性低、對(duì)生物學(xué)習(xí)興趣低、對(duì)生物學(xué)習(xí)的關(guān)注不夠等問(wèn)題。學(xué)習(xí)方法是統(tǒng)一的、僵化的，因此不可能建立一個(gè)合適的概念體系和知識(shí)框架。模型設(shè)計(jì)教學(xué)可以改變學(xué)生的學(xué)習(xí)方式和學(xué)習(xí)方法。通過(guò)模型設(shè)計(jì)，可以建立良好的概念體系和知識(shí)框架，提高學(xué)生對(duì)生物科學(xué)的興趣，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能力，鍛煉建模和思維能力，增強(qiáng)學(xué)生的自信心，建立和諧的師生關(guān)系，促進(jìn)師生交流。事實(shí)證明，在師生的共同努力下，該教學(xué)模式取得了成功。

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

作為課程的組織者，教師必須提前學(xué)習(xí)相關(guān)知識(shí)，查閱廣泛的材料，進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，將活動(dòng)與教學(xué)緊密結(jié)合，并反映課程與教學(xué)之間的聯(lián)系。這對(duì)教師來(lái)說(shuō)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(jìn)教師的專業(yè)能力成長(zhǎng)。

（1）在學(xué)習(xí)模型設(shè)計(jì)相關(guān)知識(shí)的過(guò)程中，我們獲得了大量的專業(yè)知識(shí)和建模技能，這對(duì)提高教師的建模思維和建模技能起到了重要作用;

（2）培訓(xùn)項(xiàng)目對(duì)教師來(lái)說(shuō)是一項(xiàng)非常重要的技能。在創(chuàng)建模型的過(guò)程中，筆者閱讀了很多相關(guān)的教學(xué)項(xiàng)目，學(xué)到了很多關(guān)于教學(xué)設(shè)計(jì)的知識(shí)和技能，也在一定程度上提高了筆者的教學(xué)設(shè)計(jì)技能;

（3）開(kāi)展建?；顒?dòng)，首先在課后給學(xué)生布置作業(yè)，補(bǔ)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(xué)模型，在全面處理學(xué)生的家庭作業(yè)、組織和開(kāi)展活動(dòng)、調(diào)整和安排上課時(shí)間、積累未來(lái)教育教學(xué)工作的經(jīng)驗(yàn)以及提高信心方面都起到了積極作用;

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

（三）模型的應(yīng)用有助于學(xué)生科學(xué)思維能力的發(fā)展

在中學(xué)生物版《高等教育》的“遺傳學(xué)與進(jìn)化”模塊的前兩章中使用設(shè)計(jì)模型進(jìn)行教學(xué)后，訪談、觀察和案例研究表明，模型構(gòu)建教育確實(shí)在培養(yǎng)學(xué)生的建模能力方面發(fā)揮了積極作用，從分析學(xué)習(xí)興趣、學(xué)習(xí)態(tài)度、科學(xué)思維和實(shí)踐能力中可以得出以下結(jié)論：

（1）部分學(xué)生對(duì)生物學(xué)很有興趣，對(duì)模型設(shè)計(jì)很感興趣。通過(guò)構(gòu)建模式，能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，轉(zhuǎn)變學(xué)習(xí)態(tài)度;

（2）模型的設(shè)計(jì)能夠使大部分學(xué)生對(duì)生物學(xué)產(chǎn)生濃厚的興趣，培養(yǎng)他們的動(dòng)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(jìn)學(xué)生之間的交流，增進(jìn)友誼，還可以促進(jìn)良好師生關(guān)系的發(fā)展;

（4）在教學(xué)中使用該模式可以提高學(xué)生的建模能力，改變他們的學(xué)習(xí)方式，增強(qiáng)他們對(duì)科學(xué)的信心，提高他們對(duì)科學(xué)的熱情。

在高等教育生物學(xué)“遺傳學(xué)與進(jìn)化”模塊的前兩章中開(kāi)展建?；顒?dòng)，可以充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，使學(xué)生能夠獨(dú)立參與設(shè)計(jì)模型的工作，實(shí)現(xiàn)積極的思維，充分調(diào)動(dòng)小組合作的有效性，進(jìn)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(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)，即概念體系和知識(shí)框架。在這個(gè)過(guò)程中，他們還運(yùn)用自己的實(shí)踐能力去工作、表達(dá)和交流，提高彼此的信心，培養(yǎng)科學(xué)思維，并延伸到其他方面，使學(xué)生更加陽(yáng)光、自信和優(yōu)秀，同時(shí)提高他們?cè)诟鱾€(gè)方面的知識(shí)。大多數(shù)教師都應(yīng)積極參與、組織和開(kāi)展此類活動(dòng)。

三、 高中生物教學(xué)中模型構(gòu)建的應(yīng)用策略

（一）學(xué)校和教師應(yīng)注重學(xué)生技能的提高

在生物學(xué)教學(xué)中，學(xué)校與生物教師要重視培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)。作者認(rèn)為，這和高考沒(méi)有什么沖突。近年來(lái)，我國(guó)高校招生考試越來(lái)越注重培養(yǎng)學(xué)生的能力，積極開(kāi)展具有建設(shè)性意義的教學(xué)活動(dòng)，注重學(xué)生的各種活動(dòng)、技能的發(fā)展，而不是盲目地去學(xué)，只會(huì)一味地去理解，而要從長(zhǎng)遠(yuǎn)的眼光去思考。培養(yǎng)學(xué)生的自主意識(shí)、引起學(xué)生的關(guān)注、主動(dòng)探究、不斷完善、不斷提升自身的綜合素質(zhì)、培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維、培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)興趣，才是真正為高考服務(wù)。

（二）教師積極參與，幫助學(xué)生完成模型;

要對(duì)學(xué)生提出的問(wèn)題作出反應(yīng)，教師要事先設(shè)定好模型，對(duì)可能出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行預(yù)測(cè)，對(duì)備課中出現(xiàn)的各種問(wèn)題作全面的規(guī)劃，對(duì)可能出現(xiàn)的意外事件進(jìn)行預(yù)測(cè)，并采取相應(yīng)的對(duì)策。在教學(xué)模式設(shè)計(jì)中，老師試圖與同學(xué)們探討相關(guān)的課題及測(cè)驗(yàn)。通過(guò)對(duì)模型的不斷改進(jìn)和優(yōu)化，對(duì)模型進(jìn)行及時(shí)的評(píng)價(jià)和校對(duì)，對(duì)錯(cuò)誤進(jìn)行及時(shí)的辨識(shí)，明確規(guī)則、知識(shí)和技能，使學(xué)員能夠在一定程度上糾正和了解模型的錯(cuò)誤，獲得知識(shí)和技能，從而建立起正確的思維模式，建立起正確的知識(shí)結(jié)構(gòu)。在完成模型設(shè)計(jì)活動(dòng)后，我們還應(yīng)與學(xué)生溝通，評(píng)估模型設(shè)計(jì)活動(dòng)并給予確認(rèn)，以便學(xué)生能夠完成二次作業(yè)并收集復(fù)雜的模型，以備將來(lái)需要。

（三）減輕學(xué)生的學(xué)業(yè)負(fù)擔(dān)

開(kāi)發(fā)模型需要時(shí)間和精力。這就是我們需要減輕學(xué)生壓力的原因。筆者將標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)減少了一半，但在創(chuàng)建模型時(shí)，尤其是創(chuàng)建額外的概念模型時(shí)，需要仔細(xì)完成作業(yè)。這比制造問(wèn)題更重要，一開(kāi)始你必須堅(jiān)持。在后來(lái)創(chuàng)建物理模型的過(guò)程中，筆者將生物課交給學(xué)生，讓他們盡可能在課堂上完成模型的設(shè)計(jì)和制作，并盡量不占用他們的業(yè)余時(shí)間。同時(shí)，它改進(jìn)和簡(jiǎn)化了建模過(guò)程，減輕了學(xué)生的學(xué)業(yè)負(fù)擔(dān)，這樣，學(xué)生們堅(jiān)持完成任務(wù)，完成的質(zhì)量也很好。這不僅不會(huì)影響學(xué)科，還可以獲得知識(shí)和建模技能，從而提高學(xué)生的自主性，并積極參與模型工作。筆者也希望學(xué)校和教師不要盲目地只關(guān)注學(xué)生的學(xué)業(yè)成績(jī)，也要關(guān)注學(xué)生技能的發(fā)展，真正提高學(xué)生的素質(zhì)。

四、 高中生物模型構(gòu)建過(guò)程

建立模式見(jiàn)圖1：

①選擇模型，針對(duì)各種問(wèn)題選取適當(dāng)?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(jìn)行科學(xué)的假設(shè)與預(yù)測(cè)，并建立一個(gè)初步的模型;③對(duì)模型進(jìn)行檢驗(yàn)，檢驗(yàn)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(guò)模型的調(diào)試，對(duì)新問(wèn)題進(jìn)行求解，對(duì)模型的適用性進(jìn)行評(píng)估;⑥模型重構(gòu)，在對(duì)模型進(jìn)行改進(jìn)的同時(shí)，對(duì)其結(jié)構(gòu)和功能進(jìn)行修改、加強(qiáng)和擴(kuò)展，建立心理模型，使建模在連續(xù)循環(huán)過(guò)程中趨于科學(xué)。

五、 模型構(gòu)建的原則

建模原則為：①科學(xué)性，即建模過(guò)程應(yīng)符合科學(xué)的邏輯過(guò)程，并能科學(xué)地展示原型的一些重要屬性;②直觀性：模型的設(shè)計(jì)是使學(xué)生更直觀地理解抽象事實(shí)和規(guī)律的活動(dòng)，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(dòng)地表達(dá)原型的特征，使學(xué)生和教師更容易理解和應(yīng)用;④經(jīng)濟(jì)性，即建造模型的材料應(yīng)簡(jiǎn)單、易于找到且經(jīng)濟(jì)，建造模型所花費(fèi)的時(shí)間不應(yīng)太長(zhǎng);⑤及時(shí)性，即構(gòu)建的模型應(yīng)能夠有效地反映當(dāng)時(shí)的事實(shí)、權(quán)利或問(wèn)題;⑥相關(guān)性，即不同的內(nèi)容對(duì)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(jìn)行構(gòu)建。

六、 建立生物模型的途徑

（一）模型準(zhǔn)備

通過(guò)回顧適當(dāng)?shù)呐f知識(shí)，建立新知識(shí)的思維框架。一種特殊的方法是，教師應(yīng)該讓學(xué)生對(duì)生物現(xiàn)象或生物概念有一個(gè)大致的了解，通過(guò)設(shè)置情境、復(fù)習(xí)舊知識(shí)、學(xué)習(xí)新知識(shí)或問(wèn)題序列的形式在課堂上進(jìn)行學(xué)習(xí)，這樣他們就可以有一個(gè)新知識(shí)的總體框架。例如，當(dāng)我們談?wù)撋鷳B(tài)系統(tǒng)能量的流動(dòng)時(shí)，首先，通過(guò)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(xì)胞代謝反應(yīng)，教師使學(xué)生能夠在頭腦中創(chuàng)建一個(gè)整體框架。能量流動(dòng)、物質(zhì)交換和結(jié)構(gòu)層次形成一個(gè)輸入輸出開(kāi)放的系統(tǒng)，從而改善各營(yíng)養(yǎng)層次之間的能量流動(dòng)過(guò)程。

（二）教授新知識(shí)，讓學(xué)生建立圖表模型

在教師的指導(dǎo)下，學(xué)生討論如何以小組協(xié)作的形式建立研究對(duì)象的模型。概念模型要求學(xué)生建立網(wǎng)絡(luò)圖或概念過(guò)程圖，數(shù)學(xué)模型要求學(xué)生建立適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)表達(dá)式或曲線，無(wú)論模型類型如何，學(xué)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(píng)議和總結(jié)

與學(xué)生討論模型的正確性。一種具體的方法是，學(xué)生在小組中展示他們構(gòu)建的模型，并表達(dá)他們構(gòu)建模型的想法。其余的學(xué)生有勇氣提問(wèn)，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(wèn)題鞏固

在前面的過(guò)程中修改和總結(jié)模型后，此過(guò)程通過(guò)執(zhí)行一些練習(xí)來(lái)測(cè)試學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握情況。模型教學(xué)的基本問(wèn)題是通過(guò)建立模型讓學(xué)生掌握知識(shí)。執(zhí)行問(wèn)題鞏固是該模式教學(xué)成功的標(biāo)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(dòng)”為例，介紹了“生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)”的概念，并透過(guò)多媒體的方式，讓學(xué)生從“能源流動(dòng)”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(dòng)點(diǎn)聯(lián)系起來(lái)。在無(wú)機(jī)環(huán)境中，能源僅僅是光的能源。光能怎樣促進(jìn)生物生長(zhǎng)？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(xué)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(guò)光合作用把光能變成化學(xué)能，再把化學(xué)能變成有機(jī)體。他們會(huì)自然而然地回想起呼吸、制造ATP和散發(fā)熱量的過(guò)程。ATP為所有生命活動(dòng)提供能量，然后熱能又流失回?zé)o機(jī)環(huán)境。方框則表示生態(tài)系統(tǒng)太大。我們?cè)诖嘶A(chǔ)上構(gòu)建了一個(gè)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(xué)生仔細(xì)觀察。此時(shí)，仍有必要考慮如何引入能源。它前面能源是太陽(yáng)能，制造者在陽(yáng)光照射后進(jìn)入什么形式？學(xué)生們仔細(xì)地回答說(shuō)，這是通過(guò)光合作用實(shí)現(xiàn)的，然后引導(dǎo)學(xué)生考慮輸出能量。因此，對(duì)其他營(yíng)養(yǎng)學(xué)，我們也可以通過(guò)一個(gè)模型構(gòu)建一個(gè)特定的傳播過(guò)程。

比如說(shuō)，研究酵母菌的呼吸是怎么進(jìn)行的。在此基礎(chǔ)上，我們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置，以獲取實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并與學(xué)生進(jìn)行探討，以了解兩種不同的呼吸模式，再由不同的步驟來(lái)解釋兩種不同的呼吸模式。最后，透過(guò)不同的生物呼吸實(shí)例，進(jìn)一步了解細(xì)胞的呼吸。但是，如果只用簡(jiǎn)單的公式來(lái)說(shuō)明呼吸的過(guò)程，顯然，學(xué)生不會(huì)對(duì)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(duì)中學(xué)的宏觀呼吸生物學(xué)進(jìn)行了回顧，并將其引入新的課程中;提出一系列的問(wèn)題，讓學(xué)生歸納出其基本的呼吸原理;通過(guò)示范試驗(yàn)，探討酵母的呼吸模式，掌握兩種呼吸模式。知識(shí)目的：通過(guò)概念模型的建立，理解有氧與無(wú)氧呼吸的概念、一般反應(yīng)式、過(guò)程及示意圖;能力目標(biāo)：①運(yùn)用數(shù)學(xué)模型訓(xùn)練學(xué)生分析問(wèn)題能力;②分析比較有氧與無(wú)氧呼吸的差異與聯(lián)系，使學(xué)生能夠構(gòu)建知識(shí)系統(tǒng)，分析比較相關(guān)知識(shí);情感目的：通過(guò)對(duì)有氧和無(wú)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(yǔ)

模型建構(gòu)能夠促進(jìn)學(xué)生對(duì)相關(guān)的生物概念和知識(shí)的理解，尤其是針對(duì)十分難懂的微觀生物原理通過(guò)模型對(duì)其進(jìn)行有效的呈現(xiàn)，從而使得一些抽象的生物學(xué)的知識(shí)變得更加的具體生動(dòng)，從而引導(dǎo)學(xué)生對(duì)生物學(xué)科的本質(zhì)進(jìn)行更好的理解和探究，在這樣的過(guò)程中掌握有效的科學(xué)學(xué)習(xí)方法。

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