模型及模型方法在生物教学中的应用-(3)

模型及模型方法在生物教学中的应用陈晶 九台市三台中心学校摘 要：随着课程标准的实施，模型和模型方法已经成为中学生物教学课堂教学的重要内容之一。从某种意义上说，利用模型及模型方法教学已经成为中学学生学习生物学问必不行少的方式。本文通过对人教版三个必修模块中与模型相关的内容进行分类与总结，以案例的形式对模型的构建及如何利用模型的方法进行教学提出了一些建议。关键词：中学生物学; 模型; 模型方法The Application of Modeling and Modeling Method in High School Biology TeachingChen Jing San Tai central school of Jiu TaiAbstract: Along with the new curriculum standard (testing), models and the implementation of the high school biology curriculum method has become one of the important contents of content, in a sense, use model and the model teaching methods has become high school students study biological knowledge indispensable way. This paper is mainly about what is model method , its classify in three o 'clock required mode and some teaching cases using the method.Key words: high school biology ; modeling ; modeling approach教化部2003年颁布的一般中学生物课程标准（试验）（以下简称为课程标准）中，明确规定教学目标分为学问目标，实力目标及情感、看法价值观。其中实力目标包括操作技能，信息实力和科学探究实力三个方面，在操作技能这一方面明确指出“了解建立模型等科学方法及其在科学探讨中的作用，培育学生的建模思维和建模实力，领悟、建立数学模型等科学方法及其在科学探讨中的应用，培育学生的建模思维和建模实力，获得生物学的基本领实、概念、原理、规律和模型等方面的基础学问”1。见，建模思维和建模实力被提到了较高的高度，被认为是将来学生从事科研的必备实力。但由于以往对模型的重视不多，相关的理论探讨不多，在实际的教学实践中往往不能达到预期的效果，本文就依据众多文献的综合来谈谈对模型及模型方法的相识。1、对生物模型方法的相识 按钱学森的观点：“模型就是通过我们对问题的分析，利用我们考察来的机理。汲取一切主要因素，略去一切不主要因素所创建出来的一幅图画”2。就是把探讨对象(原型)的一些次要的细微环节、非本质的联系舍去，从而以简化和志向化的形式去再现原形的各种困难结构、功能和联系的一种科学方法。它是逻辑方法的一种特有形式，是现代科学的一种相识手段和思维方法，是连接理论和应用的桥梁。抽象化和详细化是模型方法的两个重要特征（如下图-1所示）3。 图-1原型模型理论抽象化说明证明详细化 一方面，在模型思维中，我们可以从原型动身，依据某一特定目的，抓住原型的本质特征，对原型进行抽象，把困难的原型客体加以简化和纯化，建构一个能反映原型本质联系的模型，并进而通过对模型的探讨获得原型的信息，为形成理论建立基础。另一方面，高度抽象化地科学概念、假说和理论要正确体现其相识功能，又必需详细化为某个特定的模型，才能发挥理论指导实践的作用。所以模型作为一个相识手段和思维方式，是科学相识过程中抽象化与详细化的辩证统一4。2、生物模型的类型我国中学生物学的教科书（以2004年初审通过的人教版模块教科书为例）供应了丰富的模型资源。生物模型依据模型所代表和反映的方式一般分为物理模型和数学模型两大类。在中学生物的三个必修模块中，物理模型又可分为物质模型和思想模型，数学模型又可分为确定性模型和随机性模型。详细再分类可用如下表-1所示：表-1 模型的分类物理模型数学模型物质模型思想模型确定性模型随机性模型中学生物必修一尝试制作真核细胞的三维结构模型构建人体细胞与外界环境的物质交换模型利用废旧物品制作生物膜模型生物膜的流淌镶嵌模型中学生物必修二制作DNA双螺旋结构模型中学生物必修三建立血糖调整的模型生态系统的能量流淌模型建立减数分裂中染色体改变的模型种群的J型增长曲线碳循环模型减数分裂中DNA的数量改变种群的S 性增长曲线生态系统的结构模型有丝分裂过程中DNA及染色体数量的改变达尔文自然选择学说的说明模型3、生物模型的教化功能3.1 模型教学能促进学生认知水平的发展科学教化应当促进学生认知水平的发展，这种观点已为科学教化工作者所接受。但详细实施的方法还是一个正在探讨的问题。我们认为，促进学生认知水平的发展，主要还是将学生的认知水平从详细运算提高到形式运算水平，也即使学生逐步从详细向抽象过渡，能对抽象的假设或命题进行逻辑转换。这一过程当然离不开从详细到抽象的过渡训练，而这种既能联系详细，又能联系抽象的性质，正是模型所特有的。模型一方面供应了这种教学的情境，另一方面又使学生在这种从详细到抽象的相识过程中发生认知突变，从而促进认知水平的发展。3.2 模型教学能使学生更好地驾驭科学学问首先，模型是学生学习科学学问的重要手段，学生驾驭了模型方法能更透彻地理解科学学问。其次，模型方法作为思维方法和行为方式，蕴含着很高的认知价值。学生一旦将模型方法内化为自己的认知图式，就能获得认知水平的发展。最终，模型方法教化还有助于培育学生的创建性思维实力。3.3 模型教学能培育学生的探讨实力模型的建立过程就是一个科学探讨的过程。在这一过程中，须要学生自己确定探讨对象，设置已知量与未知量，运用科学规律，选择探讨方法，检验模型是否与实际相一样，这对学生探讨实力的培育有着很好的作用。3.4 模型教学能培育学生的科学精神模型建立的实质就是要在原型的背后揭示出所包含的科学规律。然而，这种规律往往隐藏在现象的背后，并被纷繁困难的非本质的、无关因素所掩盖。这样，模型的建立过程就必定是一个艰苦的探究、发觉的过程。它来不得半点虚假，须要有严谨、诚恳的科学看法。模型的得来也并非“一蹴而就”，往往要使相识主体经验一个“苦其心志、劳其筋骨”的相识过程，须要有坚韧不拔的意志。因此，模型的建立既培育了学生的科学看法，又培育了学生的科学作风。4、生物模型的构建方法明确类型 明确所构建的模型属于哪种类型，知道该模型的特点及所要表现的形式。驾驭原理 驾驭模型所代表的学问、过程、规律、机理等，弄清晰模型的构成要素或包含内容之间的逻辑关系。型的构成要素或所包含的内容之间的逻辑关系。 修饰完善 比照原理查检所构建的草图（框架），确保其科学性；然后进一步修饰完善模型，力求规范、简洁、直观、有美感。构建草图 选择适当的图形、文字、符号、勾画出草图，或用适当的框架搭建。在构建是只须要考虑大多数状况即可，一般不考虑极少数状况或特例补充诠释 添加一些必要的文字说明、示例、图注等，使模型更科学、更清晰、更规范。5、运用模型的方法进行教学实践5.1 动手构建模型，领悟和运用建立模型的方法 构建模型的方法也是现代生物探讨的重要方法 中学生物三个必修模块中含有丰富的模型建立的活动，详细可参照上文中的表-1，三个模块中模型建立的特点是供应肯定的指导，由学生动手动脑建构模型，提出的实力目标是让学生领悟和运用建构模型的方法。例如第三章“制作真核细胞模型”。教材中描述的是在电子显微镜下才能视察到的微细结构，因而学生缺乏感性相识。因此，学生亲身体验模拟制作“细胞”的立体结构模型有助于再现试验条件下让细胞变“微观”为“宏观”，而更好地构建他们完整的学问体系。5.1.2 模型制作的过程我们制作的细胞结构模型是属于实物模型，是对原型的仿照和抽象。现以动物细胞和植物细胞为例，体验建构模型过程:(l)分组进行探讨，动、植物细胞的结构主要包括哪些，设计制作模型方案。方案:动物细胞主要结构有细胞膜、细胞质、细胞核，其中细胞质中含各种细胞器，主要有线粒体、内质网、高尔基体、核糖体、中心体、溶酶体等。植物细胞与动物细胞的主要区分是不含中心体，但含有叶绿体和细胞壁。(2)找寻和选择材料：泡沫塑料、木板、纸板、橡皮泥、线绳、布、塑料袋、细铁丝、大头针、铁碗等。(3)小组探讨制作模型规格(大小，展示的是全部还是局部，平面图还是立体图等)、模型包含的结构等。(4)小组探讨材料运用。各种细胞结构用何种材料，细胞结构如何制作，细胞结构之间如何连接等都需探讨、细化。真实的细胞颜色并不艳丽，但是可以用不同的颜色区分不同的细胞结构，使细胞的各部分结构特点更加突出，便于视察。(5)学生以小组形式合作完成真核细胞的模型制作，并沟通成果，作出评价。(6)成果:学生做的模型有：用硬纸壳作“细胞壁”，塑料薄膜紧贴其上当作“细胞膜”，用橡皮泥细心捏制成各种各样的细胞器;用精致的包装盒作细胞壁，内有一层硬质的透亮壳作细胞膜，用琼脂制作透亮的细胞质基质，用中药小药丸作核糖体散放在其内，特别形象直观，也利于保存和保藏等。在整个制作过程中，学生探讨分析，分工合作，气氛热情。 模型制作的学习价值通过模型制作实践活动，进一步探究细胞的结构及功能，使学生由理性相识转向感性相识，更简单把握细胞结构的完整性以及与其功能相适应的结构特点;而且通过分组活动，小组各成员能分工合作，主动思维，互帮互助，相互促进和提高，最终给小组成员及其作品合影留念增加了学生之间的感情。5.2 模型做为工具，用来分析探讨对象除了学生自己建构模型，教材中还把模型作为工具，用来分析探讨对象的组成因素，各因素之间的关系，因素运行的特点，预料评价等。在生产生活中，模型也可以是工具，定量评价，预料，检验探讨对象中特征因素的改变，解决有关的生物学问题。例如:在“生物与环境”学问模块中有这样一道题：下面2条食物链，假如生产者的数量一样多，能量传递效率相同，哪条食物链中，消费者所包含的能量多？草羊狼；草虫子鸟鹰。学生中的答案普遍有两种(设草固定的总能量为A，能量传递效率为20%)。第一种:草 羊 狼A 20%A 20%×20%A消费者所包含的能量=20%A+20%×20%A。草 虫子 鸟 鹰A 20%A 20%×20%A 20%×20% ×20%A消费者所包含的能量=20%A+20%×20%A +20%×20%×20%A。所以食物链消费者所包含的能量大于中消费者所包含的能量。其次种:假设其次，第三，第四养分级呼吸作用消耗能量分别为a，b，c。食物链消费者所包含的能量=A-(a+b)；食物链消费者所包含的能量=A-(a+b+c)。结果与第一种相反，这两种好象都有道理，孰错孰对？ 教材中供应了生态系统能量流淌的概念模型，定量描述能量流淌的特点：生产者初级消费者次级消费者三级消费者呼吸作用分解者从模型分析，每个养分级(除了第一养分级外)的能量由上一个养分级传递而来，能量去向有3个：自身的呼吸作用