新课程标准下的生物模型建构教学案例研究

1、精选文档新课程标准下的生物模型建构教学案例争辩对减数分裂一课的模型建构教学的思考广州市第三中学 周小洁高中生物课程标准指出：“提高每个高中同学的生物科学素养是本课程标准实施中的核心任务。” 新课程标准对我国的一般中同学物学教育确立了很多现代化的教学目标。由于模型和模型方法在现代生命科学中起着越来越大的作用，是现代高中同学必需了解和应用的重要的科学方法，它不仅对同学学习生物科学有挂念，而且还有助于同学将来进行科学争辩、走入社会参与工作，更好地解决生活和工作中的问题。另一方面，这种科学方法的学习和应用，不仅有利于同学形成系统的科学认知观，同时还强化了与其他学科，如数学、物理、化学等学科的

2、内在联系。因此，新课标依据国际科学教育的进展，将模型和模型方法列入了课程目标之一。一、 关于模型和模型方法20世纪30年月，贝塔朗菲在提出机体系统论概念的同时，主见用数学和模型方法争辩生命现象。（一） 模型的内涵与分类所谓“模型”，就是模拟所要争辩事物原型的结构形态或运动形态，是事物原型的某个表征和体现，同时又是事物原型的抽象和概括。它不再包括原型的全部特征，但能描述原型的本质特征。模型一般可分为物理模型和数学模型两大类。物理模型就是依据相像原理，把真实事物按比例大小放大或缩小制成的模型，其状态变量和原事物基本相同，可以模拟客观事物的某些功能和性质。物理模型可分为物质模型和思想模型。生物学中物

3、质模型有实物模型和模拟模型，如生物体结构的模式标本；而细胞结构模式图、减数分裂图解等则属于模拟模型。思想模型是事物在人们思想中的抱负化反映，是物质模型在思维中的延长。依据构建模型的思想方法的不同，又可以分为两类：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，具象模型具有肯定的形态结构特征。如分子双螺旋结构、生物膜液态镶嵌模型等。它能使争辩对象直观化，既可以促进争辩，又可以简略描述争辩成果，使之便于理解和传播。另一类是以抱负化方法(或称抽象思维方法)构建的模型，是人们抽象诞生物原型某方面的本质属性而构思出来的，例如，呼吸作用过程图

4、解、光合作用过程图解等过程抱负模型，食物链和食物网等系统抱负模型。实物模型模型物理模型物质模型模拟模型思想模型数学模型具象模型抱负模型静态模型动态模型数学模型就是对于一个特定的事物为了一个特定目标，依据特有的内在规律，做出一些必要的简化假设，运用适当的数学工具，得到的一个数学结构。数学结构可以是数学公式，算法、表格、图示等。假如其变量中不含时间因素，则为静态模型；如与时间有关，则为动态模型。不论是物理模型还是数学模型，都能够使争辩对象直观化和简化，同时还可以简略描述争辩成果，使之便于理解和传播。生物学是争辩自然界中生命运动最基本、最普遍的规律以及生物体的结构，自然界生物种类繁多、运动错综简单，

5、几乎每个具体的问题都要涉及到很多因素。通过建构模型能够排解非本质因素的干扰，舍弃次要因素和无关因素，突出反映事物的本质特征，从而使生命现象或过程得到简化、纯化和抱负化，因此，在生物课堂教学中适当利用模型往往能够达到事半功倍的教学效果。（二）模型方法模型方法是通过构建模型来争辩、揭示原型的形态、特征和本质的方法，是规律方法的一种特有形式。在现代生物科学争辩中，模型方法被广泛运用，其中DNA双螺旋结构模型的成功就是一个范例。在生物科学学习中，模型供应观念和印象。认知心理学认为，人的学问阅历既包括概念系统，又包括表象，前者有概念、原理、规律、理论。后者的成分包含观念和印象。当代不少学者都主见把表象看

6、作是一种符号要素，与语言等其他符号要素一样具有抽象、概括、组合和再组合的功能，因而能构成思维的操作，所以模型供应的观念和印象，不仅是同学进一步猎取系统学问的条件，而且是同学认知结构的组成部分。正由于如此，美国国家科学教育标准把模型和科学事实、概念、原理、理论并列为科学主题的重点，并将构建、修改、分析、评价模型作为高中同学的基本科学探究力量。我国的新课程标准也格外重视模型和模型方法。二、新课标教材（人教版）有关模型建构的内容新课程标精确定的力量目标包括操作技能、信息力量和科学探究力量三个方面，尤为重视科学探究力量的培育。领悟和运用科学方法，对于进展科学探究力量至关重要。教材上有关模型建构的活动能

7、有效地驱动同学针对现实的事物或现象提出问题的活动；驱动同学乐观主动地进行观看和试验等收集事实证据的活动；驱动同学提出和求证假说以及做出解释等乐观构建学问的活动；通过沟通甚至辩论，使同学得以评判自己和他人的解释，不仅能拓展自己对学问的理解，而且提高质疑、推理和批判性地思考科学现象的力量。整个新课标教材（人教版）共支配了4个模型建构的内容，具体如下：所属模块所属章节模型建构内容分子与细胞第三章第三节尝试制作真核细胞的三维结构模型遗传与变异其次章第一节模拟减数分裂过程中染色体的变化遗传与变异第三章其次节制作DNA双螺旋结构模型稳态与环境其次章其次节建立血糖调整的模型内容虽然不多，但是假如具体教学中模

8、型建构过程切实得以落实，同学在老师的引导下通过真正的“做”科学的过程，既能学到学问内容，又能把握更深化地运用和探究生物学学问所必需的思维方法，使探究力量得以提高，同时形成正确的对待科学问题的观点和态度。另外，在教材中虽然没有明确说明是模型建构，但却必需运用模型和模型的方法解决问题的内容其实还有很多。例如，“稳态与环境”模块中第五章第四节支配的制作活动建议：“设计并制作生态缸，观看其稳定性”，就是运用模型的探究活动，要求同学制作的是一个活体物理模拟模型。运用这个模型进行的是对生态系统运行的模拟试验。该制作活动一方面需要对生态缸的组成成分、结构、环境、性能等作分析，另一方面需要对系统的能量转换和物

9、质流淌状态及其调控作分析，这对同学深化理解生态系统的结构、生态系统中的物质循环和能量流淌的基本规律及其应用、生态系统中的信息传递、生态系统的稳定性等等，具有重要的教学价值。 三、运用模型方法进行中同学物教学模型给人们一种生疏事物的思路、角度和方法。在现代生物科学争辩中，模型方法被广泛运用。新课标提出“要让同学领悟生物科学理论或模型的科学美”。在生物科学学习中，模型供应观念和印象，是格外吸引同学的生动的感性材料，是同学学问结构的重要组成部分。要有效进行一个模型建构，老师应当只是供应肯定的指导，由同学自己动手动脑进行模型建构。以下通过遗传与变异模块中其次章的“减数分裂”一节（两个课时）的教学，尝试

10、在课堂教学中运用模型和模型的方法，通过同学的动手操作，产生深刻的感性生疏，由物理模型上升为抽象的数学模型，挂念同学对减数分裂本质的生疏。（一）运用模型方法进行概念教学对于概念的学习，模型建构是最直接最有效的教学途径之一。在生物课堂教学中，同学对概念的把握往往是一个逐步深化和提高的过程，一般都是由现象到本质，由简洁到简单，由具体到抽象的完善过程。模型和模型的方法有利于同学加强感性生疏，使学问概念阅历化，直观化，有助于同学记忆和理解。【例1】“联会、同源染色体”的概念学习为了挂念同学比较和把握同源染色体、联会概念的区分与联系，老师没有直接告知同学这些概念的区分，而是在黑板上用不同颜色的笔绘出减数分

11、裂中染色体行为变化（老师实际上是做模型构建的示范），就概念的生成开放了下面的一系列对话：老师：在老师所画的图中，让长度相同、颜色不同的两条染色体配对代表什么？同学：联会。老师：我们下面要学习的一个概念是“同源染色体”，依据对字面的理解，你认为该怎么定义呢？同学：来源相同的染色体。老师：既然来源相同，那为什么配对的染色体要用两种颜色表示呢？（同学思考、争辩）同学：同源染色体不是指来源相同的染色体，而是指在减数分裂过程中配对联会的两条大小和外形相同的染色体，两种颜色分别代表一条来自父方，一条来自母方。老师：大家对这样的定义有没有不同意见？老师：配对的两条染色体大小和外形是不是确定相同呢？是不是只有

12、进行减数分裂的细胞在联会配对之后才消灭同源染色体呢？（老师演示受精作用课件、动画模拟精卵的结合过程以及受精卵中染色体组成，同学观看分析）老师：受精卵中的染色体来源、外形和大小有什么特点？同学：受精卵中的染色体一半来自父方、一半来自母方，外形和大小一般相同。老师：那么，受精卵中的染色体是不是同源染色体呢？假如是的话，同源染色体概念的要素什么？同学：外形和大小一般相同；一条来自父方，一条来自母方的两条染色体。（二）运用模型方法揭示生物现象本质特征【例2】通过构建物理模型，抽象出减数分裂过程中染色体变化的本质特征背景：在第一模块的学习中，同学曾经以二条形态大小相同的染色体为例，绘制了染色体在有丝分裂

13、各个时期的形态和行为变化图解，即模拟模型（见图解1）。师生共同回顾，老师呈现模拟模型（图解1）。老师提出学习任务：请同学们观看教科书或黑板的挂图，以一对同源染色体为例，绘出减数分裂过程各时期染色体行为的变化。引导同学阅读教科书或挂图的图解，同学分小组争辩并绘制图解，同学小组呈现模型构建的成果，师生开放沟通和研讨，师生共同对同学的模型进行修改、分析和评价，师生逐步归纳抽象出规范的物理模拟模型(见图解2和图解3)。在此过程中，老师要不失时机地提出下列问题： 染色体是什么时候进行复制的？ 同源染色体何时分别？ 染色体数目减半发生在什么时期？ 经过减数第一次分裂的子细胞有无姐妹染色单体？ 减数其次次分

14、裂过程染色体行为与有丝分裂有何异同？ 在同源染色体上的相应位置标出1对等位基因（Aa），并思考该对等位基因何时发生分别？师生争辩得出结论后，老师提出进一步学习的任务：请同学们比较分析图解，找出减数分裂过程中染色体和DNA数目变化的规律。【例3】建立减数分裂过程染色体和DNA数目规律变化的数学模型，理解染色体变化的本质特征，概述染色体、DNA数目规律变化的意义以模型（图解）为切入点，师生共同构建减数分裂过程染色体和DNA数目规律变化的数学模型。师生共同回顾有丝分裂中染色体、DNA在各个时期的数目变化（以染色体为2n的体细胞为例，见图解1）。图解1有丝分裂过程间期期前期期中期期后期期末期期染色体数

15、目变化2n 2n 2n 4n 2nDNA数目变化2N4N 4N 4N 4N 4N2N师生共同探究减数分裂中染色体、DNA在各个时期的数目变化（以染色体为2n的体细胞为例，见图解2和图解3）。 图解2减数第一次分裂过程间期期中期期后期期末期期前期期四分体期联会期染色体数目变化 2n 2n 2n 2n nDNA数目变化 2N4N 4N 4N 4N 4N2N 图解3减数其次次分裂过程前期期中期期后期期末期期染色体数目变化 n n 2n nDNA数目变化 2N 2N 2N N 老师引导同学将上述数据转换成染色体、DNA数目变化的二维坐标柱状图或曲线图，并进行比较分析，进一步深化同学对数学模型的理解。老

16、师提出进一步学习的任务：若有两对等位基因，且符合孟德尔的自由组合定律，在减数分裂中等位基因是如何分别的？非等位基因又如何自由组合？请设计和制作具有两对同源染色体的减数分裂过程模型，标出两对等位基因在染色体的位置，并模拟非等位基因随非同源染色体而自由组合的状况。 （三 ） 运用模型方法解释生物学规律高中阶段已经进行了文理分科，由于同学的个体的差异，认知水平参差不齐，很多文科同学对一些规律性较强的生物学规律难以理解，这往往形成了教与学的难点，例如：“非等位基因随非同源染色体的而自由组合”这一学问点，如何在教学中化难为易，是生物教学中恒久的课题。模型的直观性给与同学深刻的感性材料，通过亲自制作模型同

17、学从中体验到平常肉眼无法观看到的生物学现象，解释生物学规律，难点也就迎刃而解。【例4】制作含两对同源染色体的细胞进行减数分裂的物理模型，解释非等位基因随非同源染色体而自由组合的现象和规律。老师提出模型建构的基本方法和要求： 小组合作完成（两人一小组）；利用试验台上已有的材料（不同颜色的绳子、橡皮泥、剪刀等。提示：用绳子做染色体的臂，同色的橡皮泥做着丝点，标出两对等位基因Aa和Bb在染色体的位置）；留意模型的科学性，把握好时间。同学通过实物投影呈现自己的作品，其他小组的同学进行对比评价，老师点评，并引导同学共同完成下列表格（构建数学模型）：初级性母细胞个数同源染色体对数子细胞类型1个1对精子（

18、）种；卵细胞（ ）种多个1对（ ）种1个2对或n对精子（ ）种；卵细胞（ ）种多个2对或n对（ ）或（ ）种老师点评时留意引导同学对比不同小组的作品，并依据非同源染色体组合状况的不同进行分类，重点挂念同学理解非同源染色体的自由组合，以及非等位基因随非同源染色体的自由组合而重组，加深对孟德尔遗传规律的生疏。以上案例以减数分裂中染色体变化这一重难点学问的学习为主线，以绘图和实物模拟制作的方式构建减数分裂过程染色体变化的物理模型，尝试通过建模活动找到突破重难点学问的方法和途径。模型构建加强化了同学对减数分裂过程染色体规律变化的观念和印象，为同学进一步猎取系统学问确立了前提条件，通过引导同学对物理模型的分析对比、综合加工改造，从而建立染色体和DNA数目规律性变化的数学模型，达到对减数分裂本质深层次生疏的目的，并运用模型来构建新的学问结构，使模型成为了同学认知结构的重要组成部分。四、新课程标准下的生物模型建构教学反思作为现代科学生疏手段和思维方法，模型具有抽象化和具体化的含义。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，把简单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