【优秀毕业论文】模型构建在高中生物教学中的应用与实践研究.pdf

苏州大学 硕士学位论文 模型构建在高中生物教学中的应用与实践研究 姓名：陈晴 申请学位级别：硕士 专业：学科教学（生物） 指导教师：薛仁宇 201110 模型构建谯高中生物教学中的心用j 实践研究 中文摘要 模型构建在高中生物教学中的应用与实践研究 中文摘要 所谓模型就是采用某种形式来近似地描述或模拟所研究的对象或过程的一种结 构。模型方法是以研究模型来揭示原型的形态、特征和本质的方法，是逻辑方法的一 种形式。在生物课程标准的知识目标中，把规律和模型等方面的知识规定为学生必须 获得的基础知识，并首次将数学方法和模型方法列为高中阶段科学方法教育的重要内 容，明确提出应让学生学会“运用数学方法处理、解释数据 。 本文的第一部分阐述了模型及模型方法的概念、分类，结合实例介绍了模型的主 要特点、主要功能、模型构建的理论依据及在高中生物教学中开展模型构建教学的意 义。 本文的第二部分展示的是高中生物模型构建教学的现状，笔者设计了两份问卷， 分别对高中一线教师及高一、高二学生进行调查，并对调查结果进行详细的分析，初 步了解高中生物模型构建教学的现状，以便更好的在高中教学中开展模型构建教学。 本文的第三部分是在高中生物教学中开展的模型构建教学实践研究，研究结果表 明模型构建教学提高了学生的学习兴趣、有利于学生知识框架的构建、提高了学生的 解题能力、改变了教师的教学观念。 关键词：模型构建高中生物实践研究 作者：陈晴 指导教师：薛仁宇 英文摘要 模型构建在高中生物教学中的应用与实践研究 t h e a p p l i c a t i o na n d p r a c t i c a l a n a l y s i so f m o d e l c o n s t r u c t i o ni nh i g hsc h o o lb i o l o g yt e a c h i n g a b s t r a c t t h em o d e li sas t r u c t u r eu s e dt od e s c r i b eo rs i m u l a t et h eo b j e c to rap r o c e s sma a p p r o x i m a t ew a y t h em o d e lm e t h o di saw a y t or e v e a lt h ep r o t o t y p ef o r m ，c h a r a c t e r i s t i c s a n de s s e n c eb ys t u d y i n gt h eo b j e c t ，a n di ti saf o r mo fl o g i c a lm e t h o d t h eo b j e c t i v e so f t h eb i o l o g yc u r r i c u l u ms t a n d a r d si st om a k et h ek n o w l e d g ei nm o d e la n dl a w st h er e q u i r e d f o ra l ls t u d e n t s f o rt h ef i r s tt i m e ，m a t h e m a t i c a lm e t h o da n dm o d e lm e t h o di sm a r k e do f g r e a ti m p o r t a n c ef o rh i 曲s c h o o ls c i e n c em e t h o de d u c a t i o n i ti sc l e a r l ys t a t e dt h a ts t u d e n t s h a l l “i n t e r p r e tt h ed a t ap r o c e s s i n gb ym a t h e m a t i c a lm e t h o d ” t h ef i r s tp a r ti nt h i sa r t i c l ed e s c r i b e sc o n c e p ta n dc a t e g o r i z a t i o no ft h em o d e la n d m o d e la p p r o a c h e s i td e t a i l st h em a i nc h a r a c t e r i s t i c s ，f u n c t i o n s ，m o d e l l i n gt h e o r ya n dt h e s i g n i f i c a n c ei nh i g l ls c h o o lb i o l o g yt e a c h i n g t h es e c o n dp a r ts h o w st h ep r e s e n ts i t u a t i o no ft h eh i 【g l ls c h o o lb i o l o g yt e a c h i n gm o d e l c o n s t r u c t i o n h e r et h ea u t h o rd e s i g n st w oq u e s t i o 皿a i r e s ，f o rh i 曲s c h o o lt e a c h e r s ，a n d h i g hs c h o o ls t u d e n t sr e s p e c t i v e l y t h er e s u l t s a r ea n a l y z e dt op r e s e n tap r e l i m i n a r y u n d e r s t a n d i n go f t h eh i g hs c h o o lb i o l o g ym o d e lt e a c h i n g ，i no r d e rt oi m p r o v ea n dd e v e l o p t h et e a c h i n gm e t h o d t h et h i r dp a r tp r e s e n t st h ea u t h o r sm o d e lt e a c h i n gr e s e a r c hi nh i g l ls c h 0 0 1 t h e r e s u l t ss h o wt h a tt h em o d e lt e a c h i n gi sa b l et oi m p r o v et h es t u d e n t s i n t e r e s ti nl e a r n i n g ， h e l ps t u d e n t sk n o w l e d g ec o n s t r u c t i o n , i m p r o v et h es t u d e n t s a b i l i t yt os o l v ep r o b l e m s ，a n d c h 觚g et h et e a c h e r st e a c h i n gc o n e p e t i o n k e yw o r d s ：m o d e lc o n s t r u c t i o n , h i g hs c h o o lb i o l o g y , p r a c t i c ea n da n a l y s i s h w r i t t e n b y c h e l a q i n g s u p e r v i s e db y x u er e ny u 模型构建在高中生物教学中的心用勺实践研究1 引言 1 1 课题提出的背景 1 引言 1 1 1 课程改革对生物教学的新要求 生物科学是研究生命现象和生命规律的科学，生物科学技术不仅影响人类的生 活、社会文明和经济活动，还深刻影响着人们的思想观念和思维方式。作为高中阶段 重要的科学课程之一，高中生物课程的发展必须与时俱进，以适应时代进步的需要。 自1 9 7 8 年起，我国高中生物课程历经多次改革，取得了显著的成绩。当前的普通 高中生物课程标准( 实验稿) 则更多地反映生物科学和技术的新进展；更重视发展 学生的创新精神和实践能力；更强调学习是一个主动建构知识、发展能力、形成正确 的情感态度与价值观的过程。 生物课程标准的知识目标中，把规律和模型等方面的知识规定为学生必需获得的 基础知识，并首次将数学方法和模型方法列为高中阶段科学方法教育的重要内容，明 确提出应让学生学会“运用数学方法处理、解释数据”：具体内容标准中有“尝试建 立数学模型解释种群的数量变化 、在“活动建议 中有“用数学方法讨论基因频率 的变化”。为了实现这一目标，教科书的编写确切地体现了这些要求，使科学方法教 育在初中的基础上又上一个新的台阶，使生物课程更好地体现科学课程的特点。如大 纲在生物2 ：遗传与进化中提到，“教师要善于引导学生从生活经验中发现和提出问 题，创造条件让学生参与调查、观察、实验和制作活动，体验科学家探索生物生殖、 遗传和进化奥秘的过程，学习相关的概念、原理、规律和模型应用有关的知识分析和 解决实践中的问题。”；在生物3 ：稳态与环境中提到，领悟系统分析、建立数学 模型的科学方法及其在科学研究中的应用。 为了让学生轻松地学好生物课程，达到课程改革的要求，模型教学是一种有效方 法。通过生物模型教学，将最基础、最典型的生物知识、生物问题及其研究方法介绍 给学生，引导学生思考、感悟，让学生体验概念的形成的过程，掌握探索生物问题的 。刘恩山，汪忠普通岛中生物课程标准( 实验) 解嘲m 】江苏教育出版杜，2 0 0 4 ，6 ：2 7 4 l l 引言模型构建在高中生物教学中的应用与实践研究 基本方法，提高学生解决生物实际问题的能力。 1 1 2 创新教学模式的需要 众所周知，传统教学实质就是“以师为中心，以书为中心 的模式，强调知识本 位，重视结论性知识，忽视过程性知识及知识的建构过程。教学方式以讲授为主，学 生的学习方式以接受式学习为主。虽知识目标可通过讲授达成，但很难通过讲述达成 能力目标和情感目标。情感和能力需要教师精心创设情境，创造气氛，让学生在体验、 领悟中达成。众多的教学案例告诉我们，即使是知识教学，也不能只是重视结论，否 则剥离了知识和智力的内在联系，仅让学生处于被动的听讲、记忆、模仿等低层次智 力活动的课堂教学模式之中，不仅不能促进学生的发展，反而成为学生发展的阻力。 因此，跳出传统的课堂教学模式，打造新的教学模式、提高教与学二方面的效率，以 达成生物学教育的能力目标、情感目标和知识目标是教育事业发展的必然。 模型构建教学则强调知识的建构过程，让学生在构建物理、数学等模型的过程中， 发现问题、分析问题进而解决问题。同时，模型构建活动的实施也提高了学生的创新 精神和实践能力。 1 2 本课题的研究意义 学生进入高中阶段后，生物学习的内容和任务发生了很大的变化，而以知识为核 心的教学由于教师过分注意知识的讲授，缺乏对学生进行意义的建构过程，使得学生 掌握知识、应用知识的能力得不到相应的锻炼和发展。作为高级中学生物教师，需要 创造一种合适的教学手段，使学生尽快适应高中阶段生物学科的学习，是非常重要的。 而生物模型教学，可以使学生学会观察和分析生物现象，促进学生归纳推理和演绎推 理的思维习惯的养成，提高学生建立生物模型、应用生物模型，进而最终解决问题的 综合能力。 1 3 国内、外研究状况 1 3 1 国内研究情况 在我国，对数学模型教学、物理模型教学的研究比较透彻，而对生物模型教学的 研究尚处于初级探索阶段，缺乏系统的研究。新课程背景下的 普通高中生物课程标 2 模型构建在岛中生物教学中的应用j 实践研究 l引言 准( 实验稿) 在模型教学方面进行了强调，增加了模拟实验、模型构建等教学内容， 并且认为建模思维和建模能力是学生必备的科学素质，进行模拟实验和模型构建能力 在科学发展中发挥重要作用。 事实上，模型构建在生物教学中的重要性和迫切性已引起教育学家、一线教师们 的重视，并且对于高中生物学教学中模型构建的地位和作用、方法与实践开始了讨论 和探索。 ( 1 ) 关于模型、模型方法的论述 如张新海、梁厚芝在试论高中生物教学中的建模策略中认为：“模型是人们 为了某种特定目的而对认识对象所作的一种简化的、概括性的描述，这种描述可以是 定性的，也可以是定量的；有的借助于具体的实物或其它形象化的手段，有的则通过 抽象的形式来表达。孙小礼在现代科学的核心方法中提到：“科学模型是人们 按照科学研究的特定目的，在一定的假设条件下，用物质形式或思维形式再现原型客 体的某种本质特征，诸如关于客体的某种结构( 整体的或部分的) 、功能、属性、关 系、过程等等。通过对这种科学模型的研究，来推知客体的某种性质或规律。这种借 助模型来获取关于客体的认识的方法，就是模型方法。 固 ( 2 ) 关于模型的分类 张海英在新课标下的生物教学模型初探中提到，模型可以分为三类：物理模 型、数学模型、概念模型。施问华则在生物模型的合类特点反构建方法提到，生 物模型可以分为物质形式和思维形式两大类型。从物质形式角度，生物模型可以分为 真实模型、替代模型以及人工模拟模型等几种类型；生物模型的表现形式有物理模型、 概念模型、数学模型、软件模型等。 ( 3 ) 有关模型构建的过程 卿卫平在模型理念在高中生物学教学中的渗透中提到：“模型理念是一种以 构建模型为基本手段以解决科学问题为目的的一种思维理念。构建模型是一个通过分 析、舍去原型的一些次要细节、非本质联系，以简化甚至理想化的形式去再现原型 的各种复杂结构、功能和联系操作过程 。 施问华则认为模型构建的过程为：掌握 。张新海粱厚芝，试论高中生物教学中的建模策略【j 】安徽农学通报2 0 1 0 。1 6 ( 1 0 ) p 1 9 7 1 9 8 。孙小礼现代科学的核心方法【n 】学习时报，2 0 0 7 施i f | j 华生物模型的合类特点反构建方法【j 】中学生物学2 0 0 7 年2 3 卷第7 期p 4 1 - 4 2 l 引言 模型构建在高中生物教学中的应用与实践研究 原理、明确类型、构建草图、修饰完善、补充诊释。 ( 4 ) 在教学中开展模型构建的意义 叶娇英在构建生物教学模型培养学生创新思维中提到，建模活动本身就是一 项创造性的思维活动，在生物教学中构建模型有助于培养学生的创造性思维能力。田 艳在新课程背景下高中生物思想模型的建构探讨中提到，模型建构有利于学生思 维能力的发展；有利于学生合作与人际交往能力的发展；有利于学生创新精神与实践 能力的发展。 踪观我国学者对模型构建教学的见解，笔者认为在以下几个方面还有待磋商或加 强： 一对模型的分类不是很细致，分类的标准不明确。 二没有对高中生物教材中的模型资源进行系统的整理、分类。 三仅限于在新授课中开展构建模型活动，缺少在复习课、练习课中应用模型教 学的例子。 1 3 2 国外研究状况 世界上很多国家制作和运用模型的历史悠久，可以说，如果没有模型这种有力工 具，就不可能有现代科学。早在十九世纪中期，英国就将模型应用于课堂教学中；十 九世纪中后期，美国和日本也陆续将模型教学引入到课堂教学中。 在国外，很多教育者都大力提倡模型教学，主要以美国教育学家d a v i dh e s t e n s 为代表。他们认为，模型在科学教学中具有极为重要的作用，学生通过构建模型、分 析模型、验证模型、应用模型，可以加深对科学过程和科学教学目的的理解。他们的 研究主要关注模型的基本理论、模型的教学方法和教师自身的模型专业知识方面的成 长。美国国家科学教育标准在“科学内容标准 中，把科学主题的重点定位“所 有学生需要了解、理解和运用的科学事实、概念、原理、理论和模型 。在9 - 1 2 年级 科学与技术内容标准中提到，进一步把“运用逻辑和证据来构造和修改科学解释和科 学模型 和“承认并分析其他解释和模型一作为进行科学探究所需要的基本能力。 ( 美) 国家研究理事会美国国家科学教育标准【l 订】北京科学技术文献出版社，1 9 9 9 ，l ，舛 4 模型构建柱高中生物教学中的心用j 实践研究1 引言 1 4 课题研究的思路、方法及创新 1 4 1 课题研究的思路 本研究拟从以下三个部分展开：第一部分是有关模型的概念界定；第二部分是高 中生物模型教学现状的调查与分析；第三部分是探索具体条件下合理的实施方法，以 便真正有效的推动教学的有效性。 1 4 2 研究方法 1 4 2 1 文献研究法 大量且丰富的文献材料是本课题研究、实践和分析比较的重要基础。目前学术界 对于模型构建教学形成了一定的研究成果。通过各种方式查阅相关的论文、书籍、杂 志等，并对这些资料进行了收集、整理、分析、综合，以期能够全面地、正确地了解 和掌握模型构建教学有效性，并为研究做好材料和理论准备，进一步地通过比较探索 特定条件下生物学模型构建教学的实践方法。 1 4 2 2 通过问卷调查法，进行定量分析 为更好的了解目前高中模型构建教学的现状及尽可能准确的找出影响模型构建 教学有效性的各种变量，进而实施更有针对性、更有效的应对策略，笔者设计了两份 调查问卷，分别对苏州市吴中区的部分教师，及苏州市吴中区用直中学高一，高二年 级的部分学生进行了模型构建教学的专项调查，并对有效问卷进行了统计分析。 1 4 2 3 行动研究法 在前期调查的基础上，笔者在所任教的高一( 3 ) 、( 4 ) 班进行了模型构建教学的 行动研究，目的在于通过行动研究不断发现问题，改进教学方法和策略。本研究采用 单个教师在自己的课堂上的独立行动研究的方式，行动步骤采用勒温的螺旋状逐步行 进的过程，即计划、发现事实、监察、实施、评价等步骤，后来这步骤被其他学者明 确地解释为计划一行动一观察一反思一计划的循环。 1 4 2 4 经验总结法 教师通过学习、实践和体会，总结教学实践中的成功经验，形成本学科的教学策 略和模式，撰写论文。根据学者关于高中模型教学有效性的研究的现状，本文在借鉴 他人研究成果的基础上，试图进行一些创新。最后通过综合比较，分析、总结模型教 学实施后的教学效果，并提出实施模型教学的策略、方法。 5 l 引言模型构建在高中生物教学中的应用| j 实践研究 1 4 3 本课题的创新之处 1 4 3 1 研究方法创新 本文通过借鉴已有的理论研究和教育教学方面的研究成果，结合苏州吴中区生物 教学状况，采用实证分析法对模型构建课堂教学有效性进行定性和定量的分析研究， 以探求真实影响模型构建教学的各种变量，做到能够对症下药，以期能够更有效的解 决课堂实际问题。 1 4 3 2 研究内容的创新 多数学者仅从学生的角度来研究模型构建教学的意义，本文初步构思从教师的角 度探讨影响模型构建教学的因素，以及模型构建教学对教师自身素质发展的影响。 6 模型构建在高中生物教学中的应用0 实践研究 2 模型的理论概述 2 模型的理论概述 2 1 模型、模型方法概念 所谓模型就是采用某种形式来近似地描述或模拟所研究的对象或过程的一种结 构。模型方法是以研究模型来揭示原型的形态、特征和本质的方法，是逻辑方法的一 种形式。模型可以分为物理模型和数学模型两大类，通常说的模型指的是物理模型。 2 2 模型的分类 对于生物学中的模型而言，分类的方法是很多的，从不同的角度出发，有不同的 分类结果，现列举两种常见的分类结果。按时间关系来分，可以分为静态模型和动态 模型。静态模型是对静态系统的描述，如挂图、教材中的图解、模式图等。动态模型 是对动态系统的描述，如减数分裂和有丝分裂的动态模拟过程、物质跨膜运输的动态 模拟过程、内环境的三部分之间物质交换过程等。从表现形式上来看，可以分为物理 模型和数学模型。相关分类如图2 1 ： 图2 1 模型分类示意图 ( 1 ) 物理模型可以模拟某些客观事物的功能和性质，包括物质模型和思想模 型两类。 7 2 模型的理论概述模型构建在高中生物教学中的应用与实践研究 物质模型 a 实物模型在高中生物教学中经常使用的物理模型有实物模型，如生物体结 构的模式标本，如人体骨骼标本。 b 模拟模型如细胞结构模型、各种组织器官的立体结构模型等。 思想模型是物质模型在思维中的引申，根据构建模型的思想方法，又可以 分为两大类： a 具象模型一类是以形象化方法( 或称为意象思维方法) 构建的具象模型，它 是人们在思维中通过对生物原型的简化和纯化而构思出来的。具象模型有一定的形态 结构特征，如d n a 分子的双螺旋结构模型、生物膜液态镶嵌模型等。它能使研究对 象直观化，既可以促进研究，又可以简略描述成果，使之便于理解和传播。 b 理想模型另一类以理想化方法( 或称抽象思维方法) 构建的模型，是人们抽 象出生物原型某些方面的本质属性而构想出来的，例如呼吸作用过程图解、光合作用 过程图解、内环境模式图、池塘生态系统图解。这些模型使研究对象简化，在科学研 究中用计算推导，引申观察和实验的结论等方面。 ( 2 ) 数学模型指运用数学语言来表述事物的状态、关系和过程，并加以推导、 演算、和分析，以形成对问题的解释、判断和预测。可以分为两类：一类是确定性模 型，一类是随机性的数学模型。 a 确定性模型：用数学的方法描述和研究必然性的现象，例如某事物个体的生长 曲线、细胞分裂过程中d n a 数量变化曲线等。 b 随机性模型：用概率论和统计方法描述和研究随机现象。例如，种群基因频率 的变化没有确定性，有多种可能的结果，究竟出现什么样的结果是偶然的、随机的， 但当种群由大量的个体组成时，基因频率和基因型频率的变化又表现出统计规律性。 1 9 0 8 年的哈代温伯格定律对此进行了描述，这个随机性的数学模型为种群遗传学的 研究奠定了基础。 在人教版的教材中有大量的模型资源，这些模型大致分为三类，即物理模型、概 念模型、数学模型。据笔者统计，必修教材和选修教材中总计有1 4 2 个模型，对各类 模型的所占比例统计如图2 2 ： 8 模型构建相：高中生物教学中的心用j 实践研究2 模型的理论概述 2 3 模型的主要特点 图2 2 人教版生物教材中各种模型比例 2 3 1 抽象性 一个具体的模型，是为了实现某种目的，舍弃原型中的非本质属性，保留本质属 性而构造的原型替代物，生物教学中出现的模型也是如此。从本质上来说，生物教学 中出现的模型，是借助某些手段对生命现象及过程进行描述，用最简洁的形式显示 生命过程和生物规律的本质。 2 3 2 与原型的相似性 模型与原型之间存在着一定的对应关系，“即在外部形态、质料、结构、功能等 所有特征上都一一相似。但是必须按照所要研究问题的性质和目的，使模型与原型具 有本质上的相似性，也就是说，要在基本的主要的方面具有相似性。 这里所谓的原型，就是指生物学家所研究的生物的结构、生命现象、生命过程， 及生物学中的规律，如细胞的结构、离子的跨膜运输、减数分裂染色体的行为、生态 系统的能量流动、生态系统、生物群落的演替过程等。 模型必须具有与原型的相似性，才具有科学研究的价值和意义。如若在建模的过程中出现舍 本求末、主次混淆的情况，那么，建构出的模型必将与原型差距过大，不仅不能达到建模的目的， 还将会阻碍科学研究的步伐。 沈文选，杨滴桃数学建模, 导- j i t m 哈尔滨工业人学出版社，2 0 0 8 ，l ：4 5 - 6 6 9 2 模型的理论概述 模型构建在高中生物教学中的应用与实践研究 2 3 3 可验证性 虽说模型与原型具有相似性，但是二者在本质上是有区别的。模型具有简单性， 是对原型的简化，但是这种简化是抓住了真实问题的骨架，还是割去解剖体上最重要的 东西，都是需要加以验证的。如果一个模型不具有可验证性，就不是一个科学模型， 是没有意义的。 一般说来，模型具有一定的应用性，在应用模型的过程中，我们要善于对模型的 有效性进行检验。如果发现了模型的缺陷就要及时的修正、完善，甚至代之以新的模 型。即使模型经受了实践检验，也还需要进而从理论上论证其科学性，使之更加完善。 2 4 模型的主要功能 2 4 1 模型的简化功能 生物学中的模型是从原型中抽象出来的，将复杂的研究对象简化，一方面，突出了 事物的主要矛盾，忽略了次要矛盾抓住了事物的本质；另一方面，将实际问题的物质性 抽出，概括成形式化的问题，保留了事物的本质属性，以利于生物学知识的灵活运用。 在自然科学研究的道路中，科学家们积累了许多进行简化的经验。诸如，把不规则 的化为规则的；把有限的化为无限的；把连续的化为离散的；或把离散的化为连续的； 等等。这些简化步骤在生物科学中，是经常用到的。如：生态系统是一个错综复杂的结构， 为了更好的研究其结构功能，生物学家将其进行简化，构建出如图2 3 的生态系统结构 简图，这种化繁为简、化难为易的科学研究方式，最大限度的降低了学习的难度。 1 0 模型构建在高中生物教学中的腌用j 实践研究2 模型的理论概述 图2 3 生态系统结构简图 2 4 2 模型的应用功能 生物科学是研究生命现象和生物活动规律的科学。它是农业科学、医药科学、环 境科学及其他科学和技术的基础。在当代的科学技术领域中，生物科学技术发展迅 速，影响深远。其研究内容广泛，应用性和实践性较强。如贝佛顿和霍尔特建立的海 洋中鱼类生长曲线模型，被联合国粮农组织、英国农业渔业部和其他的政府部门，采 用为日常应用的模型，从而显示出其广泛的应用价值。 2 5 模型构建的教育心理学依据 2 5 1 科学的心理发展观理论 心理学家们认为，某一具体心理机能的发展一般遵循着一定的规律，即感知表 象记忆想象思维这样一个由低级到高级、由简单到复杂的发展过程，心理活动的性 质一般要经历从不随意到随意，从直观动作思维到具体形象思维再到抽象逻辑的连续 变化的过程。在进行模型构建的教学过程中，教师应当循序渐进，按照学生的心理发 展规律来设计教学活动，尤其是在进行一些抽象知识的教学时要把握好这一点。 刘恩山、汪忠普通尚中生物i 5 i ! 程标准( 实验) 解读【m 】江苏教育i l i 版社2 0 0 4 3 第2 6 3 页 l l 2 模型的理论概述模型构建在高中生物教学中的应用与实践研究 2 5 2 学习的基本理论 布鲁纳和奥苏泊尔是美国当代著名的认知心理学的代表人物，他们认为“学习是 通过认知、获得意义和意向形成认知的过程，学习是认知结构的组织与重新组织。 人本主义学习观的代表人物马斯洛和罗杰斯认为，学习论的基本原则是必须尊重学习 者，必须把学习者当作学习活动的主体，必须重视学习者的意愿、情感、价值观。建 构主义学习观强调，“学习不是知识由教师向学生的传递，而是学生自己建构知识的 过程，学习者不是被动的信息吸收者，而是主动地建构信息的意义。 圆。在学习的过 程中，建构的意义是指学生对学习内容所反映的事物的性质、规律以及该事物与其他 事物的内在联系达到深刻的认识，最终形成特定的认知图式或认知结构。 这些教学理论对于模型构建教学有重要的指导意义，在模型构建的教学活动中， 教师应当遵循学生的心理认知规律，把学习者视为学习活动的主体，重视学生现有的 知识结构，在此基础上构建新的知识框架，最终形成特定的认知结构。 2 5 3 组织策略理论 组织策略是指将精加工提炼出的知识点加以构造，形成知识结构更高水平的信息 加工策略。温斯坦和梅耶提出两钟策略：列提纲和制作结构网络图。列提纲以金字塔 的形式组织材料的要点，每一具体的细节都包含在高一级的水平之下，以此对材料进 行简化。制作结构网络图就是制作关系图，展示各知识点之间的联系。在制作的过程 中，应先识别主要的知识点，然后理清知识点之间的联系，再用适当的图解来描述它 们之间的内在联系。 这一理论对于高中生物教材中概念图模型( 抽象模型) 的构建有重要的指导意义。 高中生物教材中有很多概念图模型( 抽象模型) ，如组织液、血浆、淋巴之间关系的 概念图模型、化合物的单体、元素、功能等核心概念图模型，这些概念图模型的构建 通常都要按照上述理论中的构建思路，即首先要全面了解材料，识别主要的知识点： 其次，把材料分成各个部分，找到个部分之间的联系；最后把各个部分按照它们之间 的关联连成一个统一的整体。 顾明远张人均教育心理学人民教育f f 版社2 0 0 4 4 第二版6 5 页 顾明远张人均教育心理学人民教育出版社2 0 0 4 4 第二版7 l 贞 1 2 模型构建伍高中生物教学中的应用j 实践研究2 模型的理论概述 2 6 在高中生物教学中开展模型建构教学的意义 2 6 1 对学校教育的影响 2 6 1 1 让学校教育转换成真正的素质教育 “素质教育是以提高民族素质为宗旨的教育。它是依据教育法规定的国家教 育方针，着眼于受教育者及社会长远发展的要求，以面向全体学生、全面提高学生的 基本素质为根本宗旨，以注重培养受教育者的态度、能力、促进他们在德智体等方面 生动、活泼、主动地发展为基本特征的教育。 其基本思想是以人为本、实现人的全 面发展。但在目前的高考、中考制度仍是“以考试定乾坤 ，这就决定了学校教育仍 以应试教育为主。 学校的应试教育中，一味的讲究分数，甚至用考试分数的高低来评价学生的“素 质 ，这样的评价机制往往会导致学生死记硬背，不利于学生学习能力的提高。现实 中，学校里的三好学生并非个个都是真正的品学兼优、能力突出、全面发展的学生， 其中有很大一部分是高分低能的学生，这些学生对考高分所必需的b 级知识的掌握 情况很好，能够灵活运用、融会贯通，但对于考试用处不大的a 级、c 级知识知之 甚少。实践表明，学生应当掌握较多的a 级、c 级知识，因为a 级知识可以引起创 造性思维，c 级知识可以完成创造性思维，有c 级知识做基础，a 级知识越多，联想 就越丰富，越容易创新。应试教育培养出的学生，大部分都是掌握了大量b 级知识、 考试成绩优秀的学生，步入社会后由于缺乏必要的创新能力，易固守陈规，往往没有 大的作为。由此看出，应试教育是缺乏长远目光的权宜之计。那么如何让学校教育真 正走向素质教育呢? 除了要思考考试制度的弊端外，在高中生物教学中，能否也尝试 改变教学理念，打造一种新的教学模式，是一个值得深思的严肃课题。通过开展模型 教学，来进一步提高学生良好的科学素养以及培养学生用科学的思维解决实际问题的 能力，应该是一个有效的途径。 2 6 1 2 让学校教育变得生动活泼 在学校教育中开展生物建模教育，培养学生的建模意识，不仅能提高学生应用生 物模型的能力，而且也是培养学生学习兴趣的重要途径。在模型建构的过程中，学生 不再是被动的接受知识，而是在教师的引导下，主动的参与知识的建构过程，让学生 在讨论中发现问题、解决问题，让学生真正的成为课堂教学的主体。 1 3 2 模型的理论概述 模型构建4 i 高中生物教学中的心用与实践研究 同时，在学校教育中开展建模教育，也培养了学生的自信心，使学生在科学的道 路上不断地发现和创造，在提高建模能力的同时，也提高了学生的交流能力和合作学 习的能力，使学校教育变得真正活泼、主动。 2 6 2 对学生知识建构及能力发展的影响 2 6 2 1 有利于学生形成清晰的生物概念 生物概念是反映生物现象和过程的本质属性的思维形式，是生物事实的抽象，它 不仅是生物基础理论知识的一个重要组成部分，也是构成生物规律的理论基础，生物 概念中有相当一部分是以模型的形式出现的，它们是由生物现象和事实抽象出来的， 用来表征物质属性和描述物质运动状态的。例如，在必修三第一节细胞生活环境 中，内环境的概念是一个重点，也是难点，学生很难理解内环境的三部分一血浆、 组织液、淋巴之间的相互联系，更难理解“内”环境等同于细胞“外 液。为化解这 一难点，我恰当引入一个内环境模式图( 物理模型) ，如图2 _ 4 所示： 图2 4 内环境模式图 借助这幅图，教师就可以轻而易举的讲清内环境的概念了。教师首先明确两个参 照物，即机体( 图2 _ 4 中的大方框) 和细胞。以机体为参照物时，细胞生存的环境即 为体内环境；以细胞为参照物时，细胞生存的液体环境即为细胞外液，那么内环境也 就理所当然是细胞外液了。为了进一步让学生弄清内环境几部分之间的关系，笔者简 单制作了如图2 5 所示的概念模型： 1 4 模，科构矬饥i 湖 i 生物教学一p 的心用j 实践研究2 模型的理论概述 = 匝 图2 5 内环境的：三部分之间的关系图 先让学生讨论、填写，而后教帅总结。在这一部分的教学过程中，笔者使用了两 种模型，分别是物理模型和概念模型。模式图的使用，大大简化了内环境的三部分之 间的关系，化解了教学中的难点，明显提高了课堂教学效率。 2 6 2 2 有利于培养学生的创造想象力 生物建模的过程中特别需要想象力和联想力，正如伟大的物理学家爱因斯坦所 说：“想象力比知识更重要，因为知识是有限的，而想象力却抓住了整个世界，激励 着生产进化的进步。”想象力是种把原始经历组合成具体形象的能力，一种把感觉、 思想等对立因素融合成一个统一整体的能力。在生物建模中，能充分发挥学生探究能 力，实现学生想象力和创造力的高度展示，从而实现创新思维的培养。如在学习“d n a 重组技术的基本工具”时，教材中虽描述了限制酶、d n a 连接酶的作用过程，但学 生缺乏感性认识。而让学生亲身体验该过程，实现对原型的模仿和抽象，体验建构模 型过程中的具体细节问题，让学生在剪剪贴贴中模拟过程，体验各工具酶的作用，让 他们不易混淆和遗忘各工具酶的作用。 简单的实施过程：利用不同颜色的两个纸条分别表示质粒和目的基因，在纸条上 的两端写上碱基( 如图2 - 6 ) ，剪刀相当于限制性内切酶，胶带相当于d n a 连接酶， 只是真正的双链d n a 直径只有2 n m ，仅为普通头发的1 1 2 粗。两个同学一组，自主 分工。 图2 - 6 以i ：制作尢4 、= 体现学生的创新思维，允分隧现j ，。学小创造力恕象力、构造力。这 2 模型的理论概述模型构建在高中生物教学中的应用与实践研究 样的模型建构过程是学生最高层次的思维活动。教材中“d n a 分子双螺旋结构 、“生 物膜液态镶嵌模型”、“制作真核细胞模型”和“设计并制作生态瓶 等都可以运用模 型方法探究。教师应充分创设模型制作平台，训练学生思维的深刻性和灵活性，从而 实现发散思维的直觉思维和形象思维的培养。建构形象模型教学是培养学生创造性思 维的最好取材。麻省理工大学创新中心提出，培养创造性思维能力，主要是培养学生 灵活应用基本理论解决实际问题的能力，而建构模型教学恰是应用基本理论解决实际 问题的教学实践。 2 6 2 3 培养学生的科学精神、态度和价值观 每一个实际问题的建模过程完成，都是参与者们价值自我发现、自我实现的机会， 每个模型的建立都需要他们严谨、诚实的科学态度和坚韧不拔的意志。 学生最初接受建模教育，参与建模活动时，往往是被新颖有趣的现象解释、精巧 而奇特的预测决策所吸引。经过一段时间，当他们独立去建模时，就会遇到很多困惑， 体会到寻求模型的艰辛。因此，模型的建立可培养学生的科学态度和精神。其次，运 用模型方法教学不仅可使学生产生跃跃欲试的感觉，对学习产生兴趣和需要，同时借 助模型进行研究时，考虑到生命活动规律的复杂性和模型的局限性，及时对模型修补 校正，这样又能促进学生树立辨证唯物主义的观点。 在教学d n a 双螺旋结构时，沃森和克里克从接触d n a 结构的研究到提出d n a 是双螺旋结构，用了两年不到的时间，他们有大胆假设、虚心求教、百折不饶的精神 和不断汲取新知识的良好品质。他们精选多种科学方法( 主要采用建立物理模型) 是 成功的主要途径。只有在科学教育中把科学精神和人文精神的培养结合起来，从人文 价值的视野中来逐步看待和理解科学，才能使学生的身心得到全面发展。 1 6 模型构建红高中生物教学中的应用与实践研究3 高中生物模型教学现状的调查及分析 3 高中生物模型教学现状的调查及分析 3 1 调查目的与内容 3 1 1 调查目的 为了在高中生物课堂教学中广泛开展进行模型教学的实践，以便于更有针对制订 开展有效、可行的模型教学，特此对目前高中生物模型教学现状进行调查。 3 1 2 调查内容 力。 ( 1 ) 目前模型构建在高中生物课堂教学中的应用情况。 ( 2 ) 高中生物教师对模型、模型方法等概念的掌握情况，及建模、运用模型能 ( 3 ) 高中学生的建模、运用模型的能力。 3 2 调查方法 采用问卷调查法，分教师问卷和学生问卷，问卷的具体情况如表3 1 和3 2 ： 表3 1 高中生物模型教学的现状调查问卷( 教师问卷) 双向细目表 调查内容题号题型 对模型及模型方法的认识情况 1 、2单向选择题 模型的功能 6多项选择题 模型的特点 7多项选择题 课堂教学中模型的使用情况 3单向选择题 课堂教学中最常使用的模型 8 、9多项选择题 模型教学对课堂教学的影响 4 单向选择题 模型教学对学生能力发展的影响 5 、1 0单项选择、多项选择 1 7 3高中生物模型教学现状的调查及分析模型构建在高中生物教学中的应用与实践研究 表3 2 高中生物模型教学的现状调查问卷( 学生问卷) 双向细目表 调查内容题号题型 对生物课的喜好程度 1单向选择题 对模型及模型方法的认识情况 2单向选择题 课堂教学中模型的使用情况 3 、7单向选择题、多项选择题 学生对模型构建活动的喜好 4 、5单项选择题 学生容易接受的模型类型 8 、9多项选择题、排列顺序 模型教学对学生能力发展的影响 6单项选择题 3 3 调查对象 ( 1 ) 高中教师 选择苏州市吴中区部分学校高中生物教师作为研究对象。这些教师大多是在教育 一线工作多年，有着丰富的教育教学经验，有关信息如表3 3 ： 表3 3 教师信息表 学校类别人数 男性女性 四星级学校 3 82 01 8 三星级学校 3 6 1 6 2 0 总计7 43 63 8 ( 2 ) 高一、高二部分班级学生 笔者选择苏州市吴中区用直中学高一、高二部分班级学生作为研究对象，具体信 息如表3 _ 4 ： 表3 4 学生信息表 人数男性女性 高一1 0 64 95 7 高二9 8 5 04 8 总计 2 0 49 91 0 5 3 4 调查过程 问卷调查工作与2 0 1 1 年1 月初开始实施，三月底结束，历时三个月。总计发放 1 8 模型构建枉，衍中生物教学巾的心| i _ 订j 实践研究3葡巾牛物模型教学现状的测】! ! ! 及分析 教帅j 、u j 卷7 4 份，| 口1 收7 l 份，彳j 效问卷7 0 分，有效问卷的川i i l 收牢为9 4 6 。发放学 生问卷2 0 5 份，川收2 0 1 份，有效问卷1 9 7 份，无效问卷4 份，有效问卷的回收率为 9 6 1 。教师问卷发放形式：大部分问卷为笔者亲自发放，被调查者当面填答；少部 分通过e m a i l 发放给被调查者，在作答问卷的过程中，则通过电话沟通，确保调查结 果的可靠性。在对学生进行问卷调查时，笔者选定一个统一的时间发放问卷。在调查 的过程中，笔者及时与被调查者进行沟通，以确保调查结果的可靠性，减少无关因素 对调查结果的影响。待被调查者回答完毕后统一收回问卷。 3 5 调查结果及分析 3 5 1 高中生物模型教学的现状调查问卷( 教师问卷) 结果统计及分析 ( 1 ) 对模型及模型方法的认识情况 笔者教师对模型概念及模型方法概念的认识情况进行了统计，结果如图3 一l 和3 2 ： 图3 1 教师对模7 姓概念认识情况统计图 1 9 解解斛 r r 厂晰常较人，兰兰比小小 口口口 3 高中生物模型教学现状的调查及分析模型构建任高中生物教学中的应用与实践研究 口非常了舶 比较r 镅 口f i 太j ，躺 口不了解 图3 - 2 教师对模型方法概念认识统计图 从以上二个调查问题的结果中可以看出，绝大部分的中学教师对于模型及模型方 法的概念是不太了解的，另有1 2 的教师根本不了解模型的概念。只有少部分教师 比较了解，极少部分教师非常了解。 ( 2 ) 对模型功能的认识 教师对模型功能的认识情况如图3 3 ： 图3 3 教师对模型功能的认识情况统计图 图3 3 显示，有9 6 1 0 的教师认为模型。町以简化知识，6 2 4 0 的教师认为模型 具有指导实践的作用，8 6 1 0 的教师认为模型可以解释现象。综合分析第一题、第_ 2 0 模型构建n ：廓中生物教学中的心用j 实践研究3商中生物模型教学现状的测a 及分析 题、第六题可知，虽然火部分教师不人熟悉模型及模型方法的概念，但还是承认模型 教学的作用是重大的。 ( 3 ) 对模型特点的认识 教师对模型特点的认识情况如图3 4 ： 图3 - 4 教帅对模型特点的认识情况统计图 图3 4 显示，有9 6 4 0 的教师认为模型与原型具有相似性的特点，9 5 1 0 的教 师认为模型具有可验证性，只有5 0 4 0 的教师认为模型是抽象的。由此可见，教师 对模型的抽象性特点的认识是不够的。 ( 4 ) 课堂教学中模型的使用情况 在课堂教学中模型的使用情况如图3 5 ： 2j 3 高中生物模型教学现状的调查及分析模型构建在i 每中生物教学中的应用j 实践研究 图3 - 5 课堂教学中模犁的使用情况 图3 5 显示，在教学中有6 0 8 0 的教师偶尔使用模型，2 7 9 0 的教师极少使用 模型，1 1 3 0 的教师经常使用。如此看来，模型教学方法在课堂教学中的使用情况是 不容乐观的，笔者认为，这与教师对模型教学重要性的认识是不够的。 ( 5 ) 课堂教学中最常使用的模型 笔者对课堂教学中模型的使用情况进行了统计，结果如表3 5 ： 表3 5 课堂教学中模型使用情况统计表 题号主题物理模型数学模型 概念模型实物模型 教学中最常 88 0 3 0 8 5 8 0 8 7 9 0 1 0 见的模型 教学