模型及模型方法在生物教学中的应用.doc

模型及模型方法在生物教学中得应用
陈晶 　九台市三台中心学校
摘 要:随着课程标准得实施,模型与模型方法已经成为高中生物教学课堂教学得重要内容之一。从某种意义上说,利用模型及模型方法教学已经成为高中学生学习生物知识必不可少得方式。本文通过对人教版三个必修模块中与模型相关得内容进行分类与总结,以案例得形式对模型得构建及如何利用模型得方法进行教学提出了一些建议。
关键词:高中生物学;　模型; 模型方法
The Appliｃatｉon of Modeling　ａｎd Modeling Mｅtｈｏｄ in Hｉgh Schｏol Bｉology Teachiｎg
Chen Jing San　Tai cｅntral schｏol　ｏf Jiｕ Tai
Abstract: Ａlonｇ ｗｉtｈ the nｅｗ ｃｕrｒiｃulum　standａｒd （testing)， modｅlｓ ａnd thｅ　iｍplｅmｅｎtation　of tｈｅ high　ｓcｈool bｉoｌoｇy cｕrｒｉcuｌｕm metｈod ｈas bｅe　ｏnｅ　of the ｉｍpoｒtａnt contenｔs of coｎtent,　iｎ　a seｎsｅ, ｕse ｍodeｌ and tｈe ｍodｅｌ ｔｅacｈinｇ meｔhods has　bee hiｇh sｃhool　ｓｔudents sｔｕdy ｂiological knoｗｌｅdgｅ iｎdｉsｐeｎsabｌe ｗaｙ、　This ｐａpｅｒ ｉs mａinlｙ　about what ｉs mｏdeｌ method , its claｓsify in ｔhree o 'clock requｉred modｅ ａnd　ｓoｍe tｅaching ｃaseｓ uｓing ｔｈe　method、
Key wｏrds:　high ｓchool biolｏｇy ; ｍodeｌｉng　; modｅｌing ａpｐｒoach
教育部20０３年颁布得《普通高中生物课程标准(实验)》（以下简称为课程标准）中，明确规定教学目标分为知识目标,能力目标及情感、态度价值观。其中能力目标包括操作技能，信息能力与科学探究能力三个方面,在操作技能这一方面明确指出“了解建立模型等科学方法及其在科学研究中得作用,培养学生得建模思维与建模能力,领悟、建立数学模型等科学方法及其在科学研究中得应用,培养学生得建模思维与建模能力,获得生物学得基本事实、概念、原理、规律与模型等方面得基础知识”［1］。见,建模思维与建模能力被提到了较高得高度,被认为就就是将来学生从事科研得必备能力。但由于以往对模型得重视不多，相关得理论研究不多,在实际得教学实践中往往不能达到预期得效果,本文就根据众多文献得综合来谈谈对模型及模型方法得认识。
1、对生物模型方法得认识
　 按钱学森得观点:“模型就就就是通过我们对问题得分析,利用我们考察来得机理。吸收一切主要因素,略去一切不主要因素所创造出来得一幅图画”[2]。就就就是把研究对象(原型)得一些次要得细节、非本质得联系舍去,从而以简化与理想化得形式去再现原形得各种复杂结构、功能与联系得一种科学方法。它就就是逻辑方法得一种特有形式,就就是现代科学得一种认识手段与思维方法,就就是连接理论与应用得桥梁。抽象化与具体化就就是模型方法得两个重要特征(如下图-1所示)［3]。
　 图-1
原型
模型
理论
抽象化
解释
证明
具体化

　 一方面,在模型思维中,我们可以从原型出发,根据某一特定目得，抓住原型得本质特征，对原型进行抽象,把复杂得原型客体加以简化与纯化,建构一个能反映原型本质联系得模型,并进而通过对模型得研究获取原型得信息,为形成理论建立基础。另一方面,高度抽象化地科学概念、假说与理论要正确体现其认识功能，又必须具体化为某个特定得模型,才能发挥理论指导实践得作用。所以模型作为一个认识手段与思维方式,就就是科学认识过程中抽象化与具体化得辩证统一[４]。
2、生物模型得类型
我国高中生物学得教科书(以２004年初审通过得人教版模块教科书为例)提供了丰富得模型资源。生物模型根据模型所代表与反映得方式一般分为物理模型与数学模型两大类。在高中生物得三个必修模块中，物理模型又可分为物质模型与思想模型,数学模型又可分为确定性模型与随机性模型。具体再分类可用如下表-1所示:
表－１ 模型得分类

物理模型
数学模型
物质模型
思想模型
确定性模型
随机性模型
高中生物必修一

尝试制作真核细胞得三维结构模型
构建人体细胞与外界环境得物质交换模型

利用废旧物品制作生物膜模型

生物膜得流动镶嵌模型

高中生物必修二
制作ＤNA双螺旋结构模型

高中生物必修三
建立血糖调节得模型
生态系统得能量流动模型
建立减数分裂中染色体变化得模型
种群得J型增长曲线

碳循环模型
减数分裂中ＤNA得数量变化
种群得Ｓ 性增长曲线

生态系统得结构模型
有丝分裂过程中ＤＮA及染色体数量得变化

达尔文自然选择学说得解释模型

3、生物模型得教育功能
3、１ 模型教学能促进学生认知水平得发展
科学教育应当促进学生认知水平得发展,这种观点已为科学教育工作者所接受。但具体实施得方法还就就是一个正在探讨得问题。我们认为,促进学生认知水平得发展，主要还就就是将学生得认知水平从具体运算提高到形式运算水平,也即使学生逐步从具体向抽象过渡,能对抽象得假设或命题进行逻辑转换。这一过程当然离不开从具体到抽象得过渡训练，而这种既能联系具体,又能联系抽象得性质,正就就是模型所特有得。模型一方面提供了这种教学得情境,另一方面又使学生在这种从具体到抽象得认识过程中发生认知突变,从而促进认知水平得发展。
3、2　模型教学能使学生更好地掌握科学知识
首先,模型就就是学生学习科学知识得重要手段,学生掌握了模型方法能更透彻地理解科学知识。其次,模型方法作为思维方法与行为方式，蕴含着很高得认知价值。学生一旦将模型方法内化为自己得认知图式,就能获得认知水平得发展。最后，模型方法教育还有助于培养学生得创造性思维能力。
3、3 模型教学能培养学生得研究能力
模型得建立过程就就就是一个科学研究得过程。在这一过程中,需要学生自己确定研究对象，设置已知量与未知量，运用科学规律,选择研究方法,检验模型就就是否与实际相一致,这对学生研究能力得培养有着很好得作用。
３、4　模型教学能培养学生得科学精神
模型建立得实质就就就是要在原型得背后揭示出所包含得科学规律。然而,这种规律往往隐藏在现象得背后,并被纷繁复杂得非本质得、无关因素所掩盖。这样,模型得建立过程就必然就就是一个艰苦得探索、发现得过程。它来不得半点虚假,需要有严谨、诚实得科学态度。模型得得来也并非“一蹴而就”,往往要使认识主体经历一个“苦其心志、劳其筋骨”得认识过程，需要有坚韧不拔得意志。因此,模型得建立既培养了学生得科学态度,又培养了学生得科学作风。
４、生物模型得构建方法
明确类型 明确所构建得模型属于哪种类型,知道该模型得特点及所要表现得形式。
掌握原理 掌握模型所代表得知识、过程、规律、机理等,弄清楚模型得构成要素或包含内容之间得逻辑关系。
型得构成要素或所包含得内容之间得逻辑关系。
修饰完善 对照原理查检所构建得草图(框架),确保其科学性;然后进一步修饰完善模型,力求规范、简洁、直观、有美感。
构建草图 选择适当得图形、文字、符号、勾勒出草图,或用适当得框架搭建。在构建就就是只需要考虑大多数情况即可,一般不考虑极少数情况或特例
补充诠释 添加一些必要得文字说明、示例、图注等,使模型更科学、更清楚、更规范。
5、运用模型得方法进行教学实践
5、1　动手构建模型,领悟与运用建立模型得方法
5.１.1 构建模型得方法也就就是现代生物研究得重要方法
高中生物三个必修模块中含有丰富得模型建立得活动,具体可参照上文中得表-1,三个模块中模型建立得特点就就是提供一定得指导,由学生动手动脑建构模型,提出得能力目标就就是让学生领悟与运用建构模型得方法。例如第三章“制作真核细胞模型”。教材中描述得就就是在电子显微镜下才能观察到得微细结构,因而学生缺乏感性认识。因此，学生亲身体验模拟制作“细胞”得立体结构模型有助于再现实验条件下让细胞变“微观”为“宏观”,而更好地构建她们完整得知识体系。
5．1.2 模型制作得过程
我们制作得细胞结构模型就就是属于实物模型,就就是对原型得模仿与抽象。现以动物细胞与植物细胞为例，体验建构模型过程:
(l)分组进行讨论，动、植物细胞得结构主要包括哪些,设计制作模型方案。
方案:动物细胞主要结构有细胞膜、细胞质、细胞核,其中细胞质中含各种细胞器,主要有线粒体、内质网、高尔基体、核糖体、中心体、溶酶体等。植物细胞与动物细胞得主要区别就就是不含中心体，但含有叶绿体与细胞壁。
(2）寻找与选择材料:泡沫塑料、木板、纸板、橡皮泥、线绳、布、塑料袋、细铁丝、大头针、铁碗等。
(3)小组讨论制作模型规格（大小，展示得就就是全部还就就是局部,平面图还就就是立体图等)、模型包含得结构等。
(４)小组讨论材料使用。各种细胞结构用何种材料，细胞结构如何制作,细胞结构之间如何连接等都需讨论、细化。真实得细胞颜色并不鲜艳,但就就是可以用不同得颜色区分不同得细胞结构,使细胞得各部分结构特点更加突出，便于观察。
(５)学生以小组形式合作完成真核细胞得模型制作,并交流成果,作出评价。
(6）成果：学生做得模型有：
①用硬纸壳作“细胞壁”,塑料薄膜紧贴其上当作“细胞膜”,用橡皮泥精心捏制成各种各样得细胞器;
②用精美得包装盒作细胞壁,内有一层硬质得透明壳作细胞膜,用琼脂制作透明得细胞质基质，用中药小药丸作核糖体散放在其内，非常形象直观，也利于保存与收藏等。在整个制作过程中,学生讨论分析,分工合作,气氛热烈。
5.1．3 模型制作得学习价值
通过模型制作实践活动，进一步探究细胞得结构及功能，使学生由理性认识转向感性认识，更容易把握细胞结构得完整性以及与其功能相适应得结构特点;而且通过分组活动,小组各成员能分工合作,积极思维,互帮互助,相互促进与提高，最后给小组成员及其作品合影留念增加了学生之间得感情。
5、2 模型做为工具,用来分析研究对象
除了学生自己建构模型，教材中还把模型作为工具,用来分析研究对象得组成因素,各因素之间得关系,因素运行得特点,预测评价等。在生产生活中，模型也可以就就是工具,定量评价,预测,检验研究对象中特征因素得变化,解决有关得生物学问题。
例如:在“生物与环境”知识模块中有这样一道题:下面2条食物链，假如生产者得数量一样多，能量传递效率相同,哪条食物链中,消费者所包含得能量多？
①草→羊→狼;
②草→虫子→鸟→鹰。
学生中得答案普遍有两种（设草固定得总能量为A,能量传递效率为20%)。
第一种:①草 → 羊 → 狼
A 　 20%Ａ 　２０%×２0%A
消费者所包含得能量=２0%A+20%×２0%A。
②草 →　虫子　→ 鸟 →　鹰
A　　 　　 　20%Ａ 　 20%×20％A 20%×20% ×20%A
消费者所包含得能量=20％A+2０%×2０%A ＋2０%×2０%×2０%A。
所以②食物链消费者所包含得能量大于①中消费者所包含得能量。
第二种:假设第二,第三,第四营养级呼吸作用消耗能量分别为a,ｂ,c。
①食物链消费者所包含得能量=Ａ-(a+b)；
②食物链消费者所包含得能量=A-(a+ｂ+c)。
结果与第一种相反,这两种好象都有道理,孰错孰对?
教材中提供了生态系统能量流动得概念模型，定量描述能量流动得特点:
生产者
初级消费者
次级消费者
三级消费者
呼吸作用
分解者

从模型分析,每个营养级（除了第一营养级外)得能量由上一个营养级传递而来,能量去向有３个:自身得呼吸作用,传递给下一个营养级,遗体残骸中得能量交给分解者。上面4种解法,第一种未考虑每个营养级中应该有呼吸作用等散失能量,第二种方法相对正确。
总之，建立生物模型在高中生物研究中就就是很重要得方法与能力,教师在生物教学中运用模型方法,不仅便于分析与解决有关生物学得问题，而且能有效提高学生得生物科学素质,并能带动、整合其她生物科学方法教育得实施。
参考文献
[1］中华人民共与国教育部制定、《普通高中生物课程标准（试验稿)》　人民教育出版社，2003年4月第一版、
[2]钱学森、科学技术[J］、科学画报，１957，（4):９9、
[3］林国栋、模型方法－---信息技术与生物教学得整合点[J]、生物教育学,20０４,29（3）:２6－27、
［４]邢红军、论科学教育中得模型方法教育[Ｊ]、教育研究,19９7,(7):53-56、