建構(gòu)生物模型打造高效課堂

周彤

一、生物教學(xué)中模型建構(gòu)的必要性

在日常教學(xué)中，老師經(jīng)常遇到學(xué)生提出這樣的問題：“生物感覺不難，上課都能聽懂，但不會應(yīng)用解題”或“生物知識多而零碎，不像數(shù)學(xué)，物理那樣有規(guī)律可循”等等，諸如此類的問題引發(fā)我們的深思，如何解決學(xué)生的困惑，如何讓學(xué)生愛學(xué)生物，會學(xué)生物，是我們一線教師的當(dāng)務(wù)之急。

高中生物學(xué)涉及到許多學(xué)生在日常生活中無法接觸到的研究對象，研究范圍大到生態(tài)系統(tǒng)的能量流動、種群數(shù)量增長曲線；小到細(xì)胞結(jié)構(gòu)、DNA分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)等等……學(xué)生之所以感覺到難，是因?yàn)殡x現(xiàn)實(shí)生活較遠(yuǎn)。而模型是事物原型的抽象和概括，雖不能全面體現(xiàn)原型的所有特征，但可以揭示原型的形態(tài)，最典型特征和本質(zhì)。美國《國家科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》在“科學(xué)內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)”中指出，科學(xué)學(xué)習(xí)的重點(diǎn)是“所有學(xué)生需要了解、理解和運(yùn)用的科學(xué)事實(shí)、概念、原理、理論和模型”。我國《普通高中生物課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)）》也明確將“獲取生物學(xué)模型方面的基礎(chǔ)知識”與“生物學(xué)基本事實(shí)、概念、原理、規(guī)律等方面的知識”并列列入知識目標(biāo)體系，并指出“領(lǐng)悟建立模型的科學(xué)方法及其在科學(xué)研究中的應(yīng)用”的重要性，且在內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)和活動建議部分做出了具體詳細(xì)的規(guī)定，同時在人教版高中生物課本中提供了相應(yīng)的模型教學(xué)資源。這說明我國順應(yīng)國際教育改革的趨勢，認(rèn)識到模型思想對于提高中學(xué)生生物科學(xué)素養(yǎng)的意義，將模型方法在高中生物教學(xué)中的應(yīng)用提到了重要地位。相應(yīng)地，模型建構(gòu)教學(xué)在高中生物一線教師的教學(xué)實(shí)踐中也引發(fā)了充分的關(guān)注。近幾年陸續(xù)有一些針對生物模型方法教學(xué)的研究，然而，研究方向大多是針對教材中提供的模型方法的改良與實(shí)踐思考，其深度和廣度存在著一定的限制；鮮有真正將模型思想和模型方法融入高中生物課堂教學(xué)中的案例，對于模型方法在高中生物教學(xué)中的效果和價值評估的研究更是尚未開展過。

建構(gòu)生物模型不僅有助于學(xué)生對核心概念、基本規(guī)律產(chǎn)生更加深刻的理解，而且有利于學(xué)生建構(gòu)完整、系統(tǒng)的知識體系。筆者旨在通過具體案例實(shí)踐研究建構(gòu)模型的教學(xué)方法對于打造高效課堂的積極作用，以生物教育的測量與評價方法對模型教學(xué)的效果進(jìn)行評估，為從事高中生物教學(xué)的一線教師提供一定的參考，以達(dá)到提高學(xué)生生物科學(xué)素養(yǎng)的目的。

二、生物教學(xué)中的模型方法及其分類

模型是人們?yōu)榱四撤N特定目的而對認(rèn)知對象所作的一種簡化性的、概括性的描述，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，有的則是通過抽象形式來表達(dá)的。模型是事物原型的抽象和概括，雖不能全面體現(xiàn)原型的所有特征，但可以揭示原型的形態(tài)、最典型特征和本質(zhì)。此外，模型還具有描述事實(shí)、解釋現(xiàn)象和預(yù)測結(jié)果等重要功能。當(dāng)科學(xué)研究的對象太抽象或不易觀察到時，研究者可以抓住原型的本質(zhì)、典型屬性設(shè)計模型，用形象化的具體實(shí)物或者抽象的語言文字、圖示、數(shù)學(xué)公式等對認(rèn)知對象進(jìn)行模擬化或簡化描述，這樣的方法叫做模型方法。

模型和模型方法在現(xiàn)代自然科學(xué)和社會科學(xué)中有著廣泛的應(yīng)用。作為一種現(xiàn)代科學(xué)認(rèn)知手段和思維方法，它所提供的觀念，不僅是學(xué)生獲取知識的重要條件，也是學(xué)生科學(xué)認(rèn)知結(jié)構(gòu)的重要組成部分。高中生物學(xué)習(xí)中的模型建構(gòu)活動，一方面是為了讓學(xué)生通過模型建構(gòu)活動，理解模型方法的重要作用，并在以后的學(xué)習(xí)和生活中學(xué)會適當(dāng)應(yīng)用這一思想和方法；另一方面，是為了讓學(xué)生通過自主的探究活動，更好的理解和把握高中生物中的核心概念和基本規(guī)律。

高中生物模型主要分為三種：物理模型，概念模型和數(shù)學(xué)模型。以實(shí)物或圖畫形式直觀地表達(dá)認(rèn)識對象的特征，這種模型就是物理模型，真核細(xì)胞的三維結(jié)構(gòu)模型、DNA分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)模型、生物膜的流動鑲嵌模型等，這都是物理模型；種群數(shù)量增長的J型、S型曲線，就是一種數(shù)學(xué)模型；用圖解的方式表示光合作用復(fù)雜的反應(yīng)過程，就是一種概念模型。

三、案例分析

模型建構(gòu)活動的基本程序如下：（1）教師介紹原型的特點(diǎn)、注意事項等，提醒學(xué)生制作模型時，科學(xué)性和準(zhǔn)確性應(yīng)放在第一位，其次才是美觀與否。（2）學(xué)生分組活動。在教師的指導(dǎo)下，確定原型與模型的比例，設(shè)計模擬方案，分工合作、準(zhǔn)備材料并動手制作。（課堂或課外完成，視時間而定）（3）課堂展示，交流探討。以小組為單位展示模型，小組內(nèi)成員自評，組間互評。結(jié)合教師評價，評選優(yōu)秀模型并借助其共同深入探討原型的特點(diǎn)，從而對原型產(chǎn)生更直觀、具體的認(rèn)識。

【課堂案例-DNA分子的結(jié)構(gòu)（物理模型）】

根據(jù)以上程序，筆者在課堂開展了DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的模型建構(gòu)活動。提醒學(xué)生建構(gòu)的過程中注意完成以下探究問題：

探究一：DNA分子的基本單位是什么？磷酸、脫氧核糖和堿基分別用什么零件模擬？三者如何連接？

探究二：在一條鏈中，一個脫氧核苷酸分子和相鄰的脫氧核苷酸分子是如何連接的？

探究三：兩條鏈又是如何連接的？外側(cè)是什么？內(nèi)側(cè)是什么？如何體現(xiàn)堿基間的互補(bǔ)配對？如何體現(xiàn)兩條鏈的反向平行？如何體現(xiàn)兩端游離的磷酸基和脫氧核糖？

探究四：DNA分子的立體結(jié)構(gòu)是由平面結(jié)構(gòu)隨意旋轉(zhuǎn)得來嗎？方向是什么？如何體現(xiàn)原型中的螺距？

教師參與到學(xué)生活動中去。發(fā)現(xiàn)學(xué)生的思路不唯一，建構(gòu)流程大概有以下三種：（1）大部分學(xué)生能按照教師提示的上述探究順序，制作脫氧核苷酸—脫氧核苷酸單鏈—DNA分子的平面結(jié)構(gòu)—DNA分子的立體結(jié)構(gòu)；（2）制作脫氧核苷酸—通過堿基配對連接左右兩個基本單位—連接成雙鏈—DNA分子的立體結(jié)構(gòu)。（3）將外側(cè)的磷酸和脫氧核糖連接成鏈—將內(nèi)側(cè)的堿基連接并配對—DNA分子的立體結(jié)構(gòu)。此外，通過組間交流，發(fā)現(xiàn)只有少數(shù)學(xué)生的模型能夠反映出反向平行的特點(diǎn)，兩端游離的磷酸基和脫氧核糖也極少得到體現(xiàn)。

可見，學(xué)生的空間思維方式和習(xí)慣不同，建構(gòu)模型的流程就不同。通過以上三種方式都能建構(gòu)出DNA分子的雙螺旋模型?？墒潜竟?jié)課的重點(diǎn)和難點(diǎn)是通過動手制作模型，培養(yǎng)學(xué)生的觀察力、空間想象力、以及分析和理解能力，目的是通過模型能夠加深對抽象的DNA分子結(jié)構(gòu)的理解，因此，按結(jié)構(gòu)層次從小到大，從簡單到復(fù)雜，從基本單位到生物大分子則更符合科學(xué)的觀察順序，學(xué)生能夠更加科學(xué)的，準(zhǔn)確的，有序的進(jìn)行加深理解。所以在模型構(gòu)建的活動中，切忌無序探究，教師的引導(dǎo)顯得十分重要。此外，DNA分子結(jié)構(gòu)的物理模型應(yīng)盡量多的體現(xiàn)出原型的特點(diǎn)，大多數(shù)學(xué)生的模型能夠體現(xiàn)出主要特征，而體現(xiàn)不出細(xì)節(jié)性的特征，這就需要教師及時的更正、補(bǔ)充、完整，使模型更精確，更能代表原型。

通過課后的紙筆測試，發(fā)現(xiàn)采用模型教學(xué)法的實(shí)驗(yàn)班比常規(guī)教學(xué)方法的對照班級做的更好，說明模型教學(xué)方法在幫助學(xué)生加深印象、理解核心概念方面確實(shí)起到了非常積極的作用。endprint