高中生物學新課程中的模型、模型方法及模型建構

1、1高中生物學新課程中的模型、模型方法及模型建構高中生物學新課程中的模型、模型方法及模型建構譚永平（人民教育出版社課程教材研究所北京100081）摘要：摘要：模型和模型方法在科學研究中發(fā)揮著重要作用，它在中學生物學課程中也具有重要的教育意義，理解模型和領悟模型方法已經成為高中生物學課程內容的一個組成部分。理解模型和領悟模型方法的重要方式就是進行模型建構活動。要較全面地理解模型方法的作用，既需要以進行一定數(shù)量的模型建構活動為基礎，更需要在模

2、型建構活動中實現(xiàn)行為與思維的統(tǒng)一。關鍵詞：高中生物學關鍵詞：高中生物學模型模型教育部2003年頒布的《普通高中生物課程標準（實驗）》（以下簡稱為課程標準）中，明確將獲得生物學模型的基本知識作為課程目標之一，并在內容標準或活動建議部分做了具體的規(guī)定。這是我國中學生物學課程發(fā)展歷史上第一次如此重視“模型”。然而，由于以往對“模型”所提不多，相關理論探討和實踐案例不太豐富，有些教師在教學時感到迷茫。盡管高中課程改革的實驗區(qū)越來越多，實施課程標

3、準的教學探索也已有若干年，但類似問題卻依然存在。本文探討總結了高中生物學新課程中的模型和模型方法，以及如何在教學中進行模型建構的問題。1.1.高中生物學課程中的模型和模型建構高中生物學課程中的模型和模型建構模型是人們按照特定的科學研究目的，在一定的假設條件下再現(xiàn)原型客體某種本質特征（如結構特性、功能、關系、過程等）的物質形式或思維形式的類似物。作為一種現(xiàn)代科學認識手段和思維方法模型具有兩方面的含義:一是抽象化二是具體化。一方面我們可以從

4、原型出發(fā)根據某一特定目的抓住原型的本質特征對原型進行抽象、簡化和純化建構一個能反映原型本質聯(lián)系的模型并進而通過對模型的研究獲取原型的信息為形成理論建立基礎。另一方面高度抽象化的科學概念、假說和理論要正確體現(xiàn)其認識功能又必須具體化為某個特定的模型才能發(fā)揮理論指導實踐的作用。所以模型作為一種認識手段和思維方式是科學認識過程中抽象化與具體化的辯證統(tǒng)一[1]。建立模型的過程，是一個思維與行為相統(tǒng)一的過程。通過對科學模型的研究來推知客體的某種性能

5、和規(guī)律，借助模型來獲取、拓展和深化對于客體的認識的方法就是科學研究中常用的模型方法[2]。在現(xiàn)代生物學研究中經常使用模型方法，通過尋找變量之間的關系構建模型，然后依據模型進行推導、計算，作出預測。DNA雙螺旋結構的發(fā)現(xiàn)過程就是一個非常典型的例子。模型方法在科學研究中具有重要作用，它在中學生物學課程中也有著重要的教育意義。美國《國家科學教育標準》指出，學生的探究活動最終應該構造一種解釋或一個模型。我國課程標準也很重視模型的教育意義：在課程

6、目標部分對模型有了明確的要求，在具體內容標準和活動建議部分也列出了“嘗試建立真核細胞的模型”、“嘗試建立數(shù)學模型”、“制作DNA分子雙螺旋模型”等內容。高中生物學教材中，在用語言表述生命現(xiàn)象和生命活動規(guī)律的同時，也經常用模型來進行解釋，模型已經成為高中生物學知識內容的一部分。例如，雜交過程圖解事實上就是一個模型，它按遺傳學規(guī)律把雜交過程簡化，用以反映和解釋雜交試驗的過程和結果，并能通過演繹推理來預測某些雜交試驗的結果[3]。人教版高中生

7、物新教材《遺傳與進化》中，用了圖解式解釋模型來闡述達爾文自然選擇學說的要點。在某種意義上，理解模型和進行模型建構活動是學生理解生物學的一把鑰匙。高中生物學課程中的模型建構活動，則是根據課程標準的要求設計的，讓學生結合具體生物學內容的學習而進行的建立模型的活動。值得注意的是，中學生物學課程中的模型建構與科學研究中的建立模型既有聯(lián)系又不完全等同：前者以后者為基礎，它們的思維過程在本質上應是一致的；但兩者的目的不同，建構背景不同，建構過程也不

8、完全相同。高3過程的關鍵特點概念模型的過程是本活動的關鍵建立種群增長的數(shù)學模型數(shù)學模型根據具體情景，抽象出數(shù)學規(guī)律，并用公式或圖表的形式表達從具體案例推演出建構數(shù)學模型的基本規(guī)律是關鍵教材安排的上述5個模型建構活動分屬3類，各有特色和意義，其中嘗試制作真核細胞的三維結構模型、建立減數(shù)分裂中染色體變化的模型、建立種群增長的數(shù)學模型是課標具體內容標準的要求，屬于必須做的活動。所以，實際教學中至少應該做3個模型建構活動才能達到課標的基本要求。

9、在此基礎上，再補充做1個建立概念模型的活動，才能讓學生比較全面地了解模型方法及其在科學研究中的作用，體驗建立模型時抽象化或具體化的思維過程，并嘗試建構不同類型的模型，除了以上歸類為“模型建構”的5個活動外，必修1教材中安排的“課外制作”利用廢舊物品制作生物膜流動鑲嵌模型，必修3教材中安排的“技能訓練”構建人體細胞與外界環(huán)境的物質交換模型和“思考與討論”嘗試畫出生態(tài)系統(tǒng)的結構模型等活動，為學生提供了更豐富的模型建構活動的方案。2.2.2.

10、2.在模型建構中實現(xiàn)行為與思維的統(tǒng)一是關鍵在模型建構中實現(xiàn)行為與思維的統(tǒng)一是關鍵在教學實踐中進行模型建構活動時，有兩種值得反思的現(xiàn)象：一是拘泥于無足輕重的細節(jié)像與不像上，背離了模型方法簡化、抽象出本質的要旨；二是弱化活動中必要的思維過程，以形成一個具體化的模型為唯一的目的追求。例如，在必修3中安排的“建立血糖調節(jié)的模型”，目前所看到的教學設計和教學案例，大多數(shù)都把主要的精力放在模擬活動上，有些教學活動還在如何讓學生扮演胰腺、肝臟更為形象

11、上下了不少工夫（如讓學生貼上胰腺、肝臟的圖片），模擬吃飯和運動后的反應過程也不厭其煩，活動中通過旁白對其中所涉及的背景知識作了大量補充（如維持正常血糖含量如何重要，還有哪些激素對維持血糖平衡有重要作用等）。事實上，這個模型建構活動，模擬過程的關鍵是：一要體現(xiàn)“激素”卡片作為信息起作用這一本質，二要體現(xiàn)反饋和拮抗作用。模擬活動后的討論，以及通過討論繪制圖解式模型應該是本活動的重中之重。也就是說，模擬活動旨在通過形象化展示肉眼看不見的過程，

12、但這不是根本目的，在形象化的基礎上再高度抽象出這個調節(jié)過程的本質才是關鍵。缺少形象化之后抽象出調節(jié)過程的本質這一思維過程，往往使這個活動幼稚化為小學生玩的游戲。顯然，模型建構不僅要做，而且要在做中有概念的形成和理解，更要在做中體驗、思維和創(chuàng)造。也就是說，要建構，更要在建構中實現(xiàn)行為與思維的統(tǒng)一。參考文獻參考文獻[1]邢紅軍.1997.論科學教育中的模型方法教育.教育研究，1997年第7期：53～56.[2]周瑞平易光明.2000.模型方