（课程与教学论专业论文）高中生生物元建模知识培养的实践研究.pdf

摘要j i i i ir l li pil l l l li i i ijill y 19 4 4 5 7 9 元建模知识是与建模有关的知识，包括对模型的本质、作用、评价和建模过 程的认识，也包括运用这些知识进行推理或概念转换。结合元建模知识教学，能 够促进学生对科学的本质、模型的本质与作用、建模的本质与目的、模型的运用 与价值的理解。在高中生物教学开展之前要让学生真正的理解模型与建模，即拥 有与模型和建模相关的原有认知概念( 元建模知识) ，可以使学生获得有意义学 习，让学生改变传统的学习方式，主动参与到学习中，体会到科学知识产生的过 程，认识到科学的本质，掌握科学认知的方法，发展科学探究的能力以及获得创 新思维的发展：同时，高中学生生物元建模知识培养对教师的教改创新起着抛砖 引玉的作用。本文仅以在高中生物课堂中培养学生元建模知识为题，开展了相关 的研究。 本文通过文献研究、问卷调查法、实验法等方法，了解了高中学生生物学习 中元建模知识的现状，发现：( 1 ) 高中学生元建模知识水平较低，学生对模型与 建模的概念模糊，大部分学生对模型的理解处于具体的水平，缺乏对抽象模型的 认识；( 2 ) 对模型缺乏发展性的动态的认识，对已有知识缺乏质疑和创新；( 3 ) 对模型和建模的预测和解释作用缺乏有效的认识，很少在学习中运用。 本研究进一步结合高中生物教材的内容特点，采取了以生命科学史为主要教 学材料的明示与暗示教学、基于概念图的教学以及通过特色主题小组合作学习的 教学实践来培养学生的元建模知识，取得了良好的效果，结果表明： ( 1 ) 科学史和建模活动等教学活动采用明示教学与暗示教学相结合的方式， 能提高学生对模型和建模本质的认识。( 2 ) 教学中结合思维表达工具的学习有 助于培养学生表达、整合和重建知识，有助于掌握科学的思维与方法，并逐步建 构抽象的模型。( 3 ) 教学中要启发学生，注重创新、探究思维及辩证思维的培养， 有助学生理解模型和建模的作用与运用。以上几点研究结果对高中生物教师教学 具有一定的指导意义：通过元建模知识的培养以促进对学生对模型和建模的理 解；为进一步培养学生的建模能力打下基础；为高中生物新课改提供新的教学思 路。 关键词：元建模知识；模型；建模；高中学生；生物学 a b s t r a c t m e t a - m o d e l i n gk r l o w l e d g ei sak i n do fk n o w l e d g ea b o u tm o d e l i n g ，i n c l u d i n g p e o p l e su n d e r s t a n d i n go ft h en a t u r e ，u t i l i t y ，a n d e v a l u a t i o no fm o d e l s ，t h e i r u n d e r s t a n d i n go ft h ep r o c e s so fm o d e l i n g ，a n dh o w t h i su n d e r s t a n d i n gi su s e di nt h e i r r e a s o n i n go rc o n c e p t u a lc h a n g ew i t l lm o d e l s i n t e g r a t e 、析t 1 1m e t a - m o d e l i n gk n o w l e d g e i nt e a c h i n gc a l l p r o m o t es t u d e n t s u n d e r s t a n d i n go fn a t u r e o fs c i e n c e ，n a t u r ea n d p u r p o s eo fm o d e l i n g ，n a t u r e ，p u r p o s e ，u t i l i 哆，a n da p p l i c a t i o no fm o d e l s b u t ， s t u d e n t ss h o u l dp o s s e s sp r i o rk n o w l e d g ea b o u tm o d e l sa n dm o d e l i n gb e f o r et h e m o d e l b a s e dt e a c h i n ga n d l e a r n i n g t h e n ，s t u d e n t sc a l lg e tam e a n i n g f u ll e a r n i n g ，t h e y c a na c t i v e l ye n g a g ei nt h es t u d yw i t ht h eu s i n go fm o d e l sa n dm o d e l i n g ，t h e yc a n e x p e r i e n c et h ep r o c e s so fh o wt h ek n o w l e d g eg e n a r a t e da n du n d e r s t a n dt h en a t u r eo f s c i e n c e ，a tt h es a m et i m et h e yc a nm a t e rt h em e t h o d so fs c i e n c ea n di m p r o v et h e i r i n q u i r ya b i l i t ya n dc r e a t i v et h i n k i n g ；a tt h es a m et i m e ，f o s t e r i n gs t u d e n t s m e t a - m o d e l i n gk n o w l e d g ea c c o r dw i t hc u r r i c u l u mr e v o l u t i o n sc l a i m i nt h i sa r t i c l e ， w ej u s tf o c u so nh o wt of o s t e rs t u d e n t s m e t a - m o d e l i n gk n o w l e d g eb yb i o l o g y t e a c h i n gi nm i d d l es c h 0 0 1 i nt h i s a r t i c l e ，w ek n o wt h es e n i o rm i d d l es c h o o ls t u d e n t s m e t a - m o d e l i n g k n o w l e d g eb yd a t as t u d i e s ，q u e s t i o n n a i r em e t h o da n de x p e r i m e n t a lm e t h o d ，晰t l lt h e s t a t i s t i c i n ga n da n a l y s i n go ft h eq u e s t i o n n a i r e ，w eg e tt h a t ：( 1 ) t h es e n i o rm i d d l e s c h o o ls t u d e n t s m e t a - m o d e l i n gk n o w l e d g ea r ei nal o w l e v e l ，s t u d e n t s u n d e r s t a n d i n g o fm o d e l sa n dm o d e l i n ga r eb l u r r e d ；( 2 ) i nt h e i ro p i n i o n s ，m o d e l sc o n s t r u c t e db y s c i e n t i s t sa r et r u ea n dn e v e rc h a n g e ；( 3 ) t h e yd o n tk n o wh o wi m p o r t a n tt h em o d e l s a l e ，t h e yh a r d l yu s em o d e l sa n dm o d e l i n gi nt h e i rs t u d i e s a c c o r d i n gt ot h o s e ，w e f o t e rs t u d e n t s m e t a - m o d e l i n gk n o w l e d g ew i t hh i s t o r yo ft h el i f es c i e n c e ，c o n c e p t m a p ，c o o p e r a t i v el e a r n i n gi nb i o l o g yt e a c h i n g ，a n dw ef o u n dt h a t ：( 1 ) c o m b i n eh i s t o r y o ft h el i f es c i e n c ea n dm o d e l i n gw i t he x p l i c i ti n s t r u c t i o na n ds u g g e s t i v et e a c h i n gc a l l i m p r o v es t u d e n t s u n d e r s t a n d i n go ft h en a t u r eo fm o d e l sa n dm o d e l i n ge f f e c t i v e l y ( 2 ) t h i n kt o o l sw o u l db eh e l p f u lt of o s t e r s t u d e n t s m e t a - m o d e l i n gk n o w l e d g e ，t h e s t u d e n t sa l s oc a nu s et h e mt oe x p r e s s ，i n t e g r a t ea n dr e c o n s t r u c tk n o w l e d g e ，t h u s ，t h e y c a nm a s t e rt h i n k i n ga n dm e t h o d sf o rs c i e n c e ，a n dt h e yc a nc o n s t r u c ts o m ea b s t r a c t i i m o d e l sg r a d u a l l y ( 3 ) c r i t i c a lt h i n k i n ga n dd i a l e t i c a lt h i n k i n ga r ei m p o r t a n tf o r s t u d e n t s t ou n d e r s t a n dt h a tm o d e l sa r eu s e dt oe x p l a i na n dp r e d i c tt h i n g s ，a n dm o d e l s w i l lc h a n g e 、析t l ls c i e n c e sd e v e l o p m e n t t h e s ep r o v i d eg u i d a n c ef o rt e a c h e r s t e a c h i n gi ns e n i o rm i d d l es c h o o l ：w ec a ni m p r o v es t u d e n t s u n d e r s t a n d i n go fm o d e l s a n dm o d e l i n gb yf o s t e rt h e i rm e t a - m o d e l i n gk n o w l e d g e ；w ec a np r e p a r et h es t u d e n t s f o rm o d e l i n ga h e a d ；w ec a np r o v i d en e wi d e a sf o rc u r r i c u l u mr e v o l u t i o ni nm i d d l e s c h o o lb i o l o g ys t u d y k e yw o r d s ：m e t a - m o d e l i n gk n o w l e d g e ； m o d e l ；m d e l i n g ； s n i o rm i d d l e s c h o o ls t u d e n t ；b i o l o g ys t u d y i i i 高中生物学中学生元建模知识培养的实践研究 1 1 研究背景 第1 章导论 1 信息时代，授之以鱼也要授之以渔 随着信息量的迅猛增长，记忆事实性知识已难以满足思维的发展和问题的解 决，学生对知识的建构、对概念的理解、概念间的关系的理解以及概念的转变却 对此发挥着不可估量的作用。而对某些领域的专业知识的研究表明，思考和问题 解决的能力主要依赖于有关学科领域的大量知识【1 1 。面对这一矛盾，研究者们提 出要让学生像科学家一样思维，回归到知识产生的最原始的进程中，要让学生理 解科学家们的研究成果并创造新的科学成果，转向了对学生科学思维方式方法的 关注，也即关注科学知识的起源。 知识来自哪里? r u t h e r f o r d 和a h l g r e n ( 1 9 9 0 ) 在面向全体美国人的科 学一书中告诉我们“科学是创造知识的过程”，即知识来源于科学。科学的主 要目标是解释和描述自然界中观察到的现象，并以概念的、理论和法则的形式体 现出来。这些概念、理论和法则是以系统的观察、可靠的推理和正确的应用科学 调查方法为基础的。科学是通过观察、分类、交流、测量、预测、推断、识别与 控制变量、形成并验证假设、数据解释、设计操作、实验最终建立模型( 法则、 原理、定律等) 的过程【2 】。国际科学教育标准强调“所有的学生都应该理解科学 的本质 ，这种理解应该通过“观察、实验、理论和数学模型 等形式，因为科 学家们正是通过这些来阐述和验证科学的本质【3 】。 从上述的描述中，我们不难发现，科学家与教育研究者都非常重视模型与建 模，建( 构) 模( 型) 是为了解决特定问题，利用所给定的思维工具，通过一定 【1 】布兰恩福特编程可拉译人是如何学习的：大脑，心理、经验及学校【m 】上海：华东师 范大学出版社，2 0 0 2 9 【2 】马丁著于力华等译走进中小学科学课 m 】建构主义教学方法长春：长春出版社， 2 0 0 3 1 【3 】c h r is t i n av s c h w a r z & b a r b a r ay w h i t e m e t a m o d e l i n gk n o w l e d g e ：d e v e l o p i n g s t u d e n t s u n d e r s t a n d i n go fs c l e n t i f i cm o d e li n g 【j 】c o g n i t i o na n di n s t r u c t i o n ， 2 0 0 5 2 3 ( 2 ) ，1 6 5 2 0 5 硕十学位论文 的抽象、简化和假设活动，以某种表征系统再现原型客体的基本属性及其关系【4 】， 毫不夸张的说，科学的过程就是建模的过程，科学研究所得的许多知识都可以用 模型来表达。因此，在教学中，教师应该关注学生对模型的认识并通过一定的方 式来培养学生对模型的理解，才能让学生真正理解科学的本质、理解学科知识的 产生的过程及方法，形成一定的认识理论，并最终获得建构知识的能力。 2 模型与建模在科学教育中的兴起 在过去的几十年中，计算机模型和模拟软件在科学和工程学中运用广泛，科 学家和工程师们运用这些工具来建构、评价他们的理论，并将理论可视化，也正 是这些工具的使用革新了数据分析的方式：与此同时，建构主义思潮风起云涌， 提倡要让学生主动建构知识，主动参与学习，而模型和建模作为知识表征的方式、 作为科学探究中常用的方法、作为能将知识与真实世界建立起有效联系的方式， 自然备受关注。教育改革者们也意识到模型了在教育中的潜在意义，积极在教育 中进行模型与建模教育的推广。另外，越来越多的研究者们( w h i t e 和 f r e d e r i k s e n1 9 9 0 、1 9 9 3 、1 9 9 8 1s m i t h1 9 9 5 ：s c h w a r z 和w h i t e1 9 9 8 ) 通过运 用计算机模型和模拟软件来培养学生的概念转变，并逐渐提出了基于模型的学习 ( m o d e l b a s e dl e a r n i n g ，m b l ) 、基于模型的学习和探究( m o d e l - b a s e dl e a r n i n g a n d si n q u i r y ) 、基于模型的推理( m o d e l - b a s e dr e a s o n i n g ，m b r ) ，他们的研究 表明模型确实有助于学生的概念转变、问题的解决及推理。 模型与建模在物理、数学、计算机等学科都得到了大力提倡与广泛的运用， 作为以生命物体为研究对象的生物，其学科知识特点使得模型与建模的运用更为 广泛：通过具体的物理模型( 如实物标本或模拟标本) 能让真实的物体具体的呈现 在学习者面前；对实物进行微缩或放大的结构模型如细胞结构模型等；用于解释 或预测事物发展的抽象的概念模型，如进化论、解释遗传信息传递的中心法则、 孟德尔的基因分离与自由组合定律等；通过对实际生活的观察让学生尝试建模， 例子数不胜数，在生物课程标准中就明确提出要让学生“领悟系统分析、建 立数学模型等科学方法及其在科学研究中的应用”。 5 1 这些表明在生物教学中培 养学生的元建模知识具有必要性。 3 现行的教材难于满足对学生的模型认知理论知识的培养 然而随着研究的深入，s c h w a r z 和w h i t e ( 1 9 9 8 ) 等人发现只有少数学生能理 解他们在课堂中所参与的科学建模活动，大部分学生和老师对他们所参与建模的 过程和模型的本质还不了解。 6 g i l b e r t 、j u s t i 等人也从模型的运用研究转向关 【4 】刘儒德建模：一种有效的建构性学习方式【j 】心理科学进展，2 0 0 3 ，1 1 ( 1 ) ：4 9 - 5 4 【5 】中华人民共和国教育部制定，普通高中生物课程标准( 实验) 2 0 0 3 ，4 f 6 】c h r is t i n av s c h w a r z i st h e r eac o n n e c t i o n ? t h er o l eo fm e t a - - m o d e l i n gk n o w l e d g e i nl e a r n i n gw i t hm o d e ls p r e s e n t e da tt h ei n t e r n a t i o n n a lc o n f e r e n c eo ft h el e a r n i n g 2 高中生物学中学生元建模知识培养的实践研究 注学生的认知理论，他们强调，学生所掌握的与科学有关的知识和认知理论对学 生的科学探究有着潜在的推动作用【7 】。 学生有关科学的迷思概念将会影响他们对科学的学习，这些迷思概念包括： 哲学体系信念一认为科学知识是绝对正确的，与研究者的心理和社会环境不相 干( a i k e n h e a d r y a n ，1 9 9 2 ；r y a n a i k e n h e a d ，1 9 9 2 ) ：认为模型是现实真 实事物的复制( g r o s s l i g h t ，1 9 9 1 ；n a d e a u & d e s a u t e l s ，1 9 8 4 ) ：认为科学知 识是不会改变的( n a d e a u d e s a u t e l s ，1 9 8 4 ) ；或者科学知识的改变是因为新信 息的发现( p o p p e r ，1 9 6 3 ) 。学生通常是基于现象学的推理，因为他们认为科学的 探究就是直接观察和记录现象，是基于个人经验的推理，很少运用基于模型的推 理。基于模型的推理和探究包括：通过建构模型来评价理论，通过模型来推断预 测，然后再检验预测的准确性等( c a r e y s m i t h ，1 9 9 3 ：d r i v e re ta l ，1 9 9 6 ： s o n g e r l i n n ，1 9 9 1 ) 。因此，他们在研究中试图丰富学生的认识理论，通过让 学生参与逼真的科学建模练习，包括建构、检验、修正以及讨论它们是否真实并 反思这些活动，以提高学生的建构主义认识论，降低学生在科学课堂中获得天真 的经验主义认识论( n a d e a u d e s a u t e ls ，1 9 8 4 ) 。学生理解了模型是能预测与解 释的表征，才会去建构预测性和解释想的模型并运用模型来预测和解释；学生知 道了模型是人工建构品，并不一定和真实事物一致，在表征所代表的系统时也有 缺陷，才会选择性的学习而不内化了模型的所有方面( s c h w a r z ，2 0 0 2 ) 。由此可 见，让学生掌握了一定的认知理论才能有效促进学生学科专业知识的学习。 j 虽然以上只是国外的研究成果，但对我们却有许多启发。生物学是研究生命 现象、生命本质及其发生发展规律，以及生物体问和生物与环境间的关系的学科， 在造福人类生存健康、经济建设和社会发展方面有重要贡献，是当今最受关注的 基础自然科学，它的地位和重视程度也在高考分数比例的提高上得到了体现。对 旧教材稍加分析就会发现，高中教材注重对学生系统学科专业知识的培养，而对 学生的认知理论知识的关注甚少，这一现象在新课标的教材中得到了一定程度的 改善，以高中生物为例：在生物1d n a 模型的建构章节中提到了“建模方法 、在 基因与染色体的关系中提到了建立模型常用的方法一类比推理等；教材开始注 重学生建模能力的培养；教材开始注重对学生建模能力的培养，主要以具体的物 理模型为主，如用橡皮泥制作细胞分裂各期的染色体变化模型、d n a 结构模型的 制作，细胞的结构模型制作等，对更为抽象的假说、定理等模型的培养涉及的较 少，有些也只是在教材的技能训练和练习题中出现，如对中心法则和假说的建立 s ci e n c e s 【7 】j a n i c ed g o b e r t & b a r b a r ac i n t r o d u c ti o nt om o d e l b a s e dt e a c h i n ga n dl e a r n i n g i ns c i e n c ee d u c a t i o n j 】i n t e r n a t i o n a lj o u r n a lo fs c i e n c eg d u c a t i o n 2 0 0 0 ，v 0 1 2 2 ，n o 9 ，8 9 卜8 9 4 硕十学位论文 涉及到，但是现行的教材仍然不能满足对学生元建模知识的培养。我们所关注的 建模课程，仅能让学生参与建立模型，还不足以使学生获得与此相关的认知理论 ( c a r e y & s m i t h ，1 9 9 3 ) 。我们必须在建模课程中加入“元建模知识 的成分， 这样既能使学生的科学模型获得发展，也能使他们获得与模型的本质相关的理论 【8 】 0 1 2 研究现状 1 2 1 国外研究现状 对元建模知识的关注是与模型与建模在教学中的运用一路随行的。早在1 9 6 2 年，b l a c k m 就在模型与隐喻一书中对模型与建模对传统科学研究的价值进 行了详细的论述。2 0 世纪9 0 年代，g i l b e r t 等人的研究表明，在科学研究过程中， 模型在科学假设与现象的表述都上发挥着重要作用。以往的研究中，研究者们用 “模型认识论建模的元概念知识“元表征能力”人类用来建构( 表征) 知 识的目标结构以及与此相关的策略、动机和调控等 等来表达对元建模知识 的理解，他们从多层次、多学科的角度出发对模型的有关内容进行了研究，根据 研究者们在教学研究中关注点的不同把元建模知识的发展按以下两方面来概括： l 学生的元建模知识 j o h n s o n - l a i r d 在1 9 8 3 年提出“心智模型”后，基于模型的学习被认为是通 过对现象的学习而建立心智模型的过程。学者们对模型的形成、模型的运用与评 价、模型的修正、模型的精心修饰等给予了的关注，代表人物如c l e m e n t ( 1 9 8 9 ) ； g i l b e r t 、j u s t i 等人还将学习者个人的表征能力与对物理学的学习表征联系起 来，但更加关注学习者本人掌握的与科学有关的认知理论与知识，并认为学习者 自身的科学认知理论与知识对学习者的科学学习具有潜在的促进作用，是学习者 进行科学探究的动力：h a r r s i o n 等人则是将科学教育中的模型进行括分类，通过 提高师生与模型有关的认知理论来促进其对模型和科学的理解；b u c k l y 、g o b e r t 等人在教学中注重对模型的运用，最让我们熟知的就是基于模型的推理、基于模 型的概念转变及基于模型问题的解决；s m i t h ( 1 9 9 2 ) 、w i s e r ( 1 9 9 8 ) 等开发了一 些物理课程，通过对一些元概念的讨论来关注模型的本质，但是效果不佳；最具 特色的是w h i t e 和f r e d e r i k s e n l 9 9 8 年开发的t h i n k e r t o o l s ，t h i n k e r t o o l s 是为 【8 】8 c h r is t i n av s c h w a r z b a r b a r ay w h i t e m e t a m o d e i i n gk n o w l e d g e ：d e v e l o p i n g s t u d e n t s u n d e r s t a n d i n go fs c l e n t i f i cm o d e l i n g 【j 】c o g n i t i o na n di n s t r u c t i o n ， 2 0 0 5 2 3 ( 2 ) ，1 6 5 2 0 5 4 高中生物学中学生元建模知识培养的实践研究 了帮助学习者理解牛顿定律而开发的基于计算机的学习环境。学习者利用 t h i n k e r t o o l s 进行学习，先告知他们牛顿定理，可以根据力的大小与方向预测物 体的运动，并在计算机上通过虚拟世界来尝试解决问题，学生在计算机屏幕上通 过调整力的大小和方向来观察物体的状态并记录结果，然后再根据实验结果总结 出力与运动的规律，并运用总结的规律去解决问题。实验证明t h i n k e r t o o l s i 具 能显著地提高学习效果。这一学习软件以良好的交互界面让学生参与探究，逐步 理解和建立牛顿定律这一模型，从而能更好的理解科学的本质。w h i t e 与s c h w a r z ( 2 0 0 5 )年在t h i n k e r t o o l s 的基础上开发了m o d e l e n h a n c e d t h i n k e r t o o l s ( m e t t ) ，在不告知学生牛顿定律的情况下，让学生参与探究，再结 合真实的实验演示探究，建立各自的模型，并在参与讨论等学习中评价自己的模 型，m e t t 集模型的建立、运用、修正、评价等为一体，让学生在真正参与建立模 型的探究活动中获得元建模知识并提高建模能力。并且，他们在2 0 0 5 年发表的论 文中首次将与模型的本质、模型的建立、修正、评价以及模型的作用等相关一类 知识概括为元建模知识。 g o b e r t 、s c h w a r z 和w h i t e 等人的实验研究表明，学生的元建模知识与学科知 识专长有着一定的关系。学科专业知识固然可以暂时增加学生的知识量，但是在 将这些知识和技能应用到新的情境中时却略显困难，因此，面对不断变化的世界， 学生需要的不仅是大量的信息，更需要掌握学科思维。模型和建模作为科学探究 的工具与认知形式，是理解概念的一种思维过程，初步的研究显示，对模型本质 的良好理解有助于学生更好的理解模型中的科学知识，从而能更好的从自己的原 模型进行推理，以达到科学的理解【9 】我通过写评估与诊断式面谈的方式调查了 学生的模型认识理论，发现建模知识与学科知识的提高有显著的相关性。1 1 o 】 他们的研究表明，通过提高学生的元建模知识有助于学生对模型与建模的理解， 有助于提高学生运用和建立模型的能力，从而促进学生对学科专业知识的学习。 越来越多的教育研究者关注学生对模型和建模的理解，因为学生的元建模知 识不仅影响学生对科学研究方法和科学过程的理解，也影响学生对学科专业知识 的理解。 2 教师的元建模知识 5 g n a l 咄耋 眦 n l t e 九 胁乩 呲 队 g m r t 二订 0 a m 引 o n i 弛 舭 雠 删 龇 一 e c 引 洲 m 叭 渤 舢 盯 州 w 墨 盯 “ 叫m 毗 眦曲 旺 h r = 黑一 一 一 觚 n n 毗 n ： 呲川 毗 暑至 北m ： 4 9 - 5 4 【2 1 】布兰思福特编程可拉译人是如何学习的：大脑、心理、经验及学校 m 上海：华东师范大学出版社2 0 0 2 9 【2 2 】袁维新，论基于模型建构的概念转变教学模式 j 科学教育2 0 0 9 0 8 【2 3 】何美、裴新宁科学教学中的建模活动：若干概念与研究主题 j 全球教育 展望2 0 0 9 2 【2 4 】刘辉，麻志毅，邵维忠元建模技术研究进展 j 软件学报2 0 0 8 年第1 9 卷 第1 6 期1 3 1 7 - 1 3 2 7 【2 5 c h r i s t i n av s c h w a r z u s i n gm o d e l c e n t e r e ds c i e n c ei n s t r u c t i o nt o f o s t e rs t u d e n t s e p i s t e m o l o g i e si nl e a r n i n gw i t h m o d e l s o l h t t p ：s c h w a r z w i k i e d u c m s u e d u 【2 6 】朱琦在建构主义的理念下培养学生的“建模”能力 j 物理教师2 0 0 3 【2 7 】布兰思福特编程可拉译人是如何学习的：大脑、心理、经验及学校 m 上海：华东师范大学出版社2 0 0 2 9 【2 8 】教育心理学莫雷主编全国十二所重点师范大学联合编写 m 北京：教育 科学出版社2 0 0 7 8 【2 9 】s c h w a r z ，c ，r e is e r ，b ，d a v is ，b ，k e n y o n ，l ，a c h e r ，a ，f o r t u s ，d ， s w a r t z ，y ，h u g ，b ，& k r a j c i k 。j d e s i g n i n gal e a r n i n gp r o g r e s s i o nf o r s c i e n t i f i cm o d e l i n g ：m a k i n gs c i e n t i f i cm o d e l i n ga c c e s s i b l ea n d m e a n i n g f u lf o rl e a r n e r s j j o u r n a lf o rr e s e a r c hi ns c i e n c e 3 9 硕十学位论文 t e a c h i n g 6 3 2 - 6 5 4 2 0 0 9 4 6 - 6 【3 0 】王键刘恩山，“科学本质 的研究及其进展 j 生物学通报2 0 0 7 【31 】m i k eu s m it h ，l a w r e n c ec s c h a r m a n n d e f i n i n gv e r s u sd e s c r i b i n g t h en a t u r eo fs c i e n c e ：ap r a g m a t i ca n a l y s i sf o rc l a s s r o o mt e a c h e r sa n d s c i e n c ee d u c a t o r s j 1 9 9 9 【3 2 】赖铁华高中生物教学中的h p s 教育模式的研究与实践 d 东北师范大 学硕士毕业论文 【3 3 】袁维新科学史教育的教育价值与教学模式 j 教育科学研究2 0 0 4 0 7 【3 4 】裴新宁概念图及其在理科教学中的运用 j ，全球教育展望2 0 0 1 年第8 期， 3 5 】d a v i s ，l i s ak e n y o n ，b a r b a r ah u g ，m i c h e l en e l s o n ，c a r r i eb e y e r ， c h r i s t i n as c h w a r z ，b r i a nj r e i s e r m o d e l s ：d e s i g n i n gs u p p o r t sf o r t e a c h e r su s i n gs c i e n t i f i cm o d e l i n g e 1 i z a b e t ha r p a p e rp r e s e n t e da tt h e a s s o c i a t i o nf o rs c i e n c et e a c h e re d u c a t i o n ，s t l o u i s ，m o ，j a n u a r y1 0 ， 2 0 0 8 【3 6 】s u s a nc a r e y & c a r o ls m i t h o nu n d e r s t a n d i n gt h en a t u r eo fs c i e n t i f i c k n o w l e d g e j e d u c a t i o np s y c h o l o g i s t 1 9 9 3 【3 7 】吴明珠科学模型本质剖析：认识论面向初探 j 中华民国第二十三届科 学教育学术研讨会合集论文 高中生物学中学生元建模知识培养的实践研究 学号( 附录 附录1 元建模知识调查问卷( 前测) 性别：a 男b 女 各位同学： 这是一份关于元建模知识的问卷，意在掌握你们对模型和建模的了解，各题的答 案没有对错之分，只作为教学研究参考之用，请你根据自己的真实情况选择答案。 有问题可以举手问老师，请不要与周围的同学交谈讨论，因为我们只想知道你的 想法与选择，谢谢你的合作! l 下列哪个关于模型定义的描述中，你认为哪一个最恰当( 单选) a 模型是对物体的简单复制如细胞的结构模型。 b 模型是对现象进行解释或预测的法则或定律如中心法则等。 c 模型是对物体简化或理想化了的一些图片如细胞分裂示意图。 d 为房屋或桥梁建筑画的设计图 e 用于时装展示的塑料人体模型或者时装秀的模特、 f 我不知道。 2 模型的原型是： a 真实存在的( 模型表征的必须是真实的事物) b 不一定是真实的( 模型表征的不一定是真实的事物) c 不是真实的( 模型表征的不是真实的事物) 3 模型不一定是真实的物体，可以是由文字、图片、图标等构成的，可以代表真 实的事物，也可以代表思维、观点、理论等。a 同意b 不同意 4 下列选项中你认为是模型的有：( 多选题) a 达尔文进化论b 生物膜的结构模型c 铅笔d 中心法则 ed n a 结构模型f 一棵树g 氨基酸分子结构通式 h 细胞有丝分裂模式图i 一个橘子j 细胞学说 k 种群生长“j 型曲线图l 细胞亚显微结构模式图 5 对于一个特定的事物，可以建立起多个模型。a 同意b 不同意 6 针对恐龙灭绝之谜，你和同学有两种不同的观点，你是否可以为各自的观点找 出证据建立出多个模型。a 是b 否 7 下列模型与其原型的关系中，你认为哪一个最好： 4 1 硕士学位论文 a 模型表达了原型的所有结构、性质或关系。 b 模型表达了原型的主要结构、性质或关系。 c 模型是根据需要选择性的表达原型中有作用的结构、性质或关系。 8 科学理论和模型只是在特定的时用来帮助我们更好的认识和理解世界。 a 同意b 不同意 9 建构的模型与原型在结构、功能或性质间可能具有一定的相似性，可以通过 微缩或放大等方式来建构，如细胞的结构模型、生态系统模拟模型等。 a 同意b 不同意 1 0 孟德尔是运用假说演绎的方法得出了基因的分离与自由组合定律。 a 是b 否 1 1 萨顿研究蝗虫的减数分裂时，是通过类比推理提出了假说“基因在染色上一。 a 是b 否 1 2 科学家对恐龙的灭绝存在许多争议，如今没人能还原过去知道其灭绝的真正 原因，因此，科学家们所通过“陨石撞击说”、“气候变迁说 、“火山爆发说” 等来解释恐龙的灭亡，这些假说都是一样的，彼此优劣不分。 a 同意b 不同意 1 3 对模型的评价方式是会随着时间的改变而改变的。a 同意b 不同意 1 4 科学家们在评价模型的优劣时，会找出一定的标准如准确性、合理性、有 效性等来评价。a 同意b 不同意 1 5 科学家建立的模型也有可能是错误的。a 同意b 不同意 1 6 模型并不是一成不变的，随着概念、原理的发展及模型本身的适用性会不 断发展。a 同意b 不同意 1 7 科学家们一旦建立了模型就不再对它进行改变或修正。a 同意b 不同意 1 8 从科学的角度来看，模型的最大作用在于： a 做模型玩具b 对某个事物或过程进行复制 c 帮助人们认识事d 用来形成和验证观点 1 9 你会运用模型来进行生物的学习吗? a 经常会b 有时会c 不会 2 0 借助d n a 复制、转录等的流程示意图可以向我们展示d n a 的复制与转录以及 蛋白质的翻译等过程。a 同意b 不同意 2 1 我们可以运用达尔文进化论来解释生态系统中生物的演化和进化。a 是b 否 2 2 恐龙的灭绝的原因备受争议，许多科学家提出了不同的假说如“陨石撞击说 、 “气候变迁说”、“火山爆发说 等，你认为这些假说有用吗? a 很有作用b 有点作用c 没有作用 4 2 高中生物学中学生兀建模知识培养的实践研究 学号( 附录2 元建模知识调查问卷( 后测) 性别：a 男b 女 各位同学： 这是一份关于元建模知识的问卷，意在掌握你们对模型和建模的了解，各题的答 案没有对错之分，只作为教学研究参考之用，请你根据自己的真实情况选择答案。 有问题可以举手问老师，请不要与周围的同学交谈讨论，因为我们只想知道你的 想法与选择，谢谢你的合作1 1 下列哪个关于模型定义的描述中，你认为哪一个最恰当( 单选) a 模型是对现象进行解释或预测的法则或定律如中心法则等。 b 模型是对物体简化或理想化了的一些图片如细胞分裂示意图。 c 模型是对物体的简单复制如细胞的结构模型。 。 d 我不知道。 2 模型的原型是： a 不一定是真实的( 模型表征的不一定是真实的事物) b 真实存在的( 模型表征的必须是真实的事物) c 不是真实的( 模型表征的不是真实的事物) 3 模型不一定是真实的物体，可以是由文字、图片、图标等构成的，可以代表真 实的事物，也可以代表思维、观点、理论等。a 同意b 不同意 4 下列选项中你认为是模型的有：( 多选题) a 达尔文进化论b 生物膜的结构模型c 铅笔d 中心法则 ed n a 结构模型f 一棵树g 氨基酸分子结构通式 h 细胞有丝分裂模式图i 一个橘子j 细胞学说 k 种群生长“j ”型曲线图l 细胞亚显微结构模式图 5 一个特定的事物可以用多个模型来解释。a 同意b 不同意 6 针对恐龙灭绝之谜，你和同学有两种不同的观点，你是否可以为各自的观点找 出证据建立出多个模型。a 是b 否 7 下列模型与所表达原型的关系中，你认为哪一个最好： a 模型是根据需要选择性的表达原型中有作用的结构、性质或关系。 b 模型表达了原型的主要结构、性质或关系。 c 模型表达了原型的所有结构、性质或关系。 8 科学理论和模型只是在特定的时用来帮助我们更好的认识和理解世界，有时它 4 3 硕+ 学位论文 不一定是正确的。a 同意b 不同意 选择题：沃森和克里克通过( 9 ) 来研究d n a 分子的结构；孟德尔是运用( 1 0 ) 得出了基因的分离与自由组合定律；萨顿研究蝗虫的减数分裂时，是通过( 1 1 ) 提出了假说“基因在染色体上。a 假说一演绎b 类比推理c 建立物理模型 1 2 科学家对恐龙的灭绝存在许多争议，如今没人能还原过去知道其灭绝的真正 原因，因此，科学家们所通过“陨石撞击说”、“气候变迁说”、“火山爆发说” 等来解释恐龙的灭亡，这些假说都是一样的，彼此优劣不分。 a 不同意b 同意 1 3 对模型的评价方式是会随着时间的改变而改变的。a 同意b 不同