建构生物模型打造高效课堂

周彤

一、生物教学中模型建构的必要性

在日常教学中，老师经常遇到学生提出这样的问题：“生物感觉不难，上课都能听懂，但不会应用解题”或“生物知识多而零碎，不像数学，物理那样有规律可循”等等，诸如此类的问题引发我们的深思，如何解决学生的困惑，如何让学生爱学生物，会学生物，是我们一线教师的当务之急。

高中生物学涉及到许多学生在日常生活中无法接触到的研究对象，研究范围大到生态系统的能量流动、种群数量增长曲线；小到细胞结构、DNA分子的双螺旋结构等等……学生之所以感觉到难，是因为离现实生活较远。而模型是事物原型的抽象和概括，虽不能全面体现原型的所有特征，但可以揭示原型的形态，最典型特征和本质。美国《国家科学教育标准》在“科学内容标准”中指出，科学学习的重点是“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”。我国《普通高中生物课程标准（实验）》也明确将“获取生物学模型方面的基础知识”与“生物学基本事实、概念、原理、规律等方面的知识”并列列入知识目标体系，并指出“领悟建立模型的科学方法及其在科学研究中的应用”的重要性，且在内容标准和活动建议部分做出了具体详细的规定，同时在人教版高中生物课本中提供了相应的模型教学资源。这说明我国顺应国际教育改革的趋势，认识到模型思想对于提高中学生生物科学素养的意义，将模型方法在高中生物教学中的应用提到了重要地位。相应地，模型建构教学在高中生物一线教师的教学实践中也引发了充分的关注。近几年陆续有一些针对生物模型方法教学的研究，然而，研究方向大多是针对教材中提供的模型方法的改良与实践思考，其深度和广度存在着一定的限制；鲜有真正将模型思想和模型方法融入高中生物课堂教学中的案例，对于模型方法在高中生物教学中的效果和价值评估的研究更是尚未开展过。

建构生物模型不仅有助于学生对核心概念、基本规律产生更加深刻的理解，而且有利于学生建构完整、系统的知识体系。笔者旨在通过具体案例实践研究建构模型的教学方法对于打造高效课堂的积极作用，以生物教育的测量与评价方法对模型教学的效果进行评估，为从事高中生物教学的一线教师提供一定的参考，以达到提高学生生物科学素养的目的。

二、生物教学中的模型方法及其分类

模型是人们为了某种特定目的而对认知对象所作的一种简化性的、概括性的描述，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他形象化的手段，有的则是通过抽象形式来表达的。模型是事物原型的抽象和概括，虽不能全面体现原型的所有特征，但可以揭示原型的形态、最典型特征和本质。此外，模型还具有描述事实、解释现象和预测结果等重要功能。当科学研究的对象太抽象或不易观察到时，研究者可以抓住原型的本质、典型属性设计模型，用形象化的具体实物或者抽象的语言文字、图示、数学公式等对认知对象进行模拟化或简化描述，这样的方法叫做模型方法。

模型和模型方法在現代自然科学和社会科学中有着广泛的应用。作为一种现代科学认知手段和思维方法，它所提供的观念，不仅是学生获取知识的重要条件，也是学生科学认知结构的重要组成部分。高中生物学习中的模型建构活动，一方面是为了让学生通过模型建构活动，理解模型方法的重要作用，并在以后的学习和生活中学会适当应用这一思想和方法；另一方面，是为了让学生通过自主的探究活动，更好的理解和把握高中生物中的核心概念和基本规律。

高中生物模型主要分为三种：物理模型，概念模型和数学模型。以实物或图画形式直观地表达认识对象的特征，这种模型就是物理模型，真核细胞的三维结构模型、DNA分子的双螺旋结构模型、生物膜的流动镶嵌模型等，这都是物理模型；种群数量增长的J型、S型曲线，就是一种数学模型；用图解的方式表示光合作用复杂的反应过程，就是一种概念模型。

三、案例分析

模型建构活动的基本程序如下：（1）教师介绍原型的特点、注意事项等，提醒学生制作模型时，科学性和准确性应放在第一位，其次才是美观与否。（2）学生分组活动。在教师的指导下，确定原型与模型的比例，设计模拟方案，分工合作、准备材料并动手制作。（课堂或课外完成，视时间而定）（3）课堂展示，交流探讨。以小组为单位展示模型，小组内成员自评，组间互评。结合教师评价，评选优秀模型并借助其共同深入探讨原型的特点，从而对原型产生更直观、具体的认识。

【课堂案例-DNA分子的结构（物理模型）】

根据以上程序，笔者在课堂开展了DNA双螺旋结构的模型建构活动。提醒学生建构的过程中注意完成以下探究问题：

探究一：DNA分子的基本单位是什么？磷酸、脱氧核糖和碱基分别用什么零件模拟？三者如何连接？

探究二：在一条链中，一个脱氧核苷酸分子和相邻的脱氧核苷酸分子是如何连接的？

探究三：两条链又是如何连接的？外侧是什么？内侧是什么？如何体现碱基间的互补配对？如何体现两条链的反向平行？如何体现两端游离的磷酸基和脱氧核糖？

探究四：DNA分子的立体结构是由平面结构随意旋转得来吗？方向是什么？如何体现原型中的螺距？

教师参与到学生活动中去。发现学生的思路不唯一，建构流程大概有以下三种：（1）大部分学生能按照教师提示的上述探究顺序，制作脱氧核苷酸—脱氧核苷酸单链—DNA分子的平面结构—DNA分子的立体结构；（2）制作脱氧核苷酸—通过碱基配对连接左右两个基本单位—连接成双链—DNA分子的立体结构。（3）将外侧的磷酸和脱氧核糖连接成链—将内侧的碱基连接并配对—DNA分子的立体结构。此外，通过组间交流，发现只有少数学生的模型能够反映出反向平行的特点，两端游离的磷酸基和脱氧核糖也极少得到体现。

可见，学生的空间思维方式和习惯不同，建构模型的流程就不同。通过以上三种方式都能建构出DNA分子的双螺旋模型。可是本节课的重点和难点是通过动手制作模型，培养学生的观察力、空间想象力、以及分析和理解能力，目的是通过模型能够加深对抽象的DNA分子结构的理解，因此，按结构层次从小到大，从简单到复杂，从基本单位到生物大分子则更符合科学的观察顺序，学生能够更加科学的，准确的，有序的进行加深理解。所以在模型构建的活动中，切忌无序探究，教师的引导显得十分重要。此外，DNA分子结构的物理模型应尽量多的体现出原型的特点，大多数学生的模型能够体现出主要特征，而体现不出细节性的特征，这就需要教师及时的更正、补充、完整，使模型更精确，更能代表原型。

通过课后的纸笔测试，发现采用模型教学法的实验班比常规教学方法的对照班级做的更好，说明模型教学方法在帮助学生加深印象、理解核心概念方面确实起到了非常积极的作用。endprint