摘要：模型和模型方法在科學(xué)研究中發(fā)揮著重要作用，它在中學(xué)生物學(xué)課程中也具有重要的教育意義，理解模型和領(lǐng)悟模型方法已經(jīng)成為高中生物學(xué)課程內(nèi)容的一個(gè)組成部分。理解模型和領(lǐng)悟模型方法的重要方式就是進(jìn)行模型建構(gòu)活動(dòng)。要較全面地理解模型方法的作用，既需要以進(jìn)行一定數(shù)量的模型建構(gòu)活動(dòng)為基礎(chǔ)，更需要在模型建構(gòu)活動(dòng)中實(shí)現(xiàn)行為與思維的統(tǒng)一。
關(guān)鍵詞：高中 生物學(xué) 模型
教育部2003年頒布的《普通高中生物課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)）》（以下簡(jiǎn)稱為課程標(biāo)準(zhǔn)）中，明確將獲得生物學(xué)模型的基本知識(shí)作為課程目標(biāo)之一，并在內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)或活動(dòng)建議部分做了具體的規(guī)定。這是我國(guó)中學(xué)生物學(xué)課程發(fā)展歷史上第一次如此重視“模型”。然而，由于以往對(duì)“模型”所提不多，相關(guān)理論探討和實(shí)踐案例不太豐富，有些教師在教學(xué)時(shí)感到迷茫。盡管高中課程改革的實(shí)驗(yàn)區(qū)越來(lái)越多，實(shí)施課程標(biāo)準(zhǔn)的教學(xué)探索也已有若干年，但類似問(wèn)題卻依然存在。本文探討總結(jié)了高中生物學(xué)新課程中的模型和模型方法，以及如何在教學(xué)中進(jìn)行模型建構(gòu)的問(wèn)題。
1.高中生物學(xué)課程中的模型和模型建構(gòu)
模型是人們按照特定的科學(xué)研究目的，在一定的假設(shè)條件下,再現(xiàn)原型客體某種本質(zhì)特征（如結(jié)構(gòu)特性、功能、關(guān)系、過(guò)程等）的物質(zhì)形式或思維形式的類似物。作為一種現(xiàn)代科學(xué)認(rèn)識(shí)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,我們可以從原型出發(fā),根據(jù)某一特定目的,抓住原型的本質(zhì)特征,對(duì)原型進(jìn)行抽象、簡(jiǎn)化和純化,建構(gòu)一個(gè)能反映原型本質(zhì)聯(lián)系的模型,并進(jìn)而通過(guò)對(duì)模型的研究獲取原型的信息,為形成理論建立基礎(chǔ)。另一方面,高度抽象化的科學(xué)概念、假說(shuō)和理論要正確體現(xiàn)其認(rèn)識(shí)功能,又必須具體化為某個(gè)特定的模型,才能發(fā)揮理論指導(dǎo)實(shí)踐的作用。所以,模型作為一種認(rèn)識(shí)手段和思維方式,是科學(xué)認(rèn)識(shí)過(guò)程中抽象化與具體化的辯證統(tǒng)一[1]。建立模型的過(guò)程，是一個(gè)思維與行為相統(tǒng)一的過(guò)程。通過(guò)對(duì)科學(xué)模型的研究來(lái)推知客體的某種性能和規(guī)律，借助模型來(lái)獲取、拓展和深化對(duì)于客體的認(rèn)識(shí)的方法,就是科學(xué)研究中常用的模型方法[2]。
在現(xiàn)代生物學(xué)研究中經(jīng)常使用模型方法，通過(guò)尋找變量之間的關(guān)系,構(gòu)建模型，然后依據(jù)模型進(jìn)行推導(dǎo)、計(jì)算，作出預(yù)測(cè)。DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)過(guò)程就是一個(gè)非常典型的例子。
模型方法在科學(xué)研究中具有重要作用，它在中學(xué)生物學(xué)課程中也有著重要的教育意義。美國(guó)《國(guó)家科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》指出，學(xué)生的探究活動(dòng)最終應(yīng)該構(gòu)造一種解釋或一個(gè)模型。我國(guó)課程標(biāo)準(zhǔn)也很重視模型的教育意義：在課程目標(biāo)部分對(duì)模型有了明確的要求，在具體內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)和活動(dòng)建議部分也列出了“嘗試建立真核細(xì)胞的模型”、“嘗試建立數(shù)學(xué)模型”、“制作DNA分子雙螺旋模型”等內(nèi)容。高中生物學(xué)教材中，在用語(yǔ)言表述生命現(xiàn)象和生命活動(dòng)規(guī)律的同時(shí)，也經(jīng)常用模型來(lái)進(jìn)行解釋，模型已經(jīng)成為高中生物學(xué)知識(shí)內(nèi)容的一部分。例如，雜交過(guò)程圖解事實(shí)上就是一個(gè)模型，它按遺傳學(xué)規(guī)律把雜交過(guò)程簡(jiǎn)化，用以反映和解釋雜交試驗(yàn)的過(guò)程和結(jié)果，并能通過(guò)演繹推理來(lái)預(yù)測(cè)某些雜交試驗(yàn)的結(jié)果[3]。人教版高中生物新教材《遺傳與進(jìn)化》中，用了圖解式解釋模型來(lái)闡述達(dá)爾文自然選擇學(xué)說(shuō)的要點(diǎn)。在某種意義上，理解模型和進(jìn)行模型建構(gòu)活動(dòng)是學(xué)生理解生物學(xué)的一把鑰匙。
高中生物學(xué)課程中的模型建構(gòu)活動(dòng)，則是根據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)的要求設(shè)計(jì)的，讓學(xué)生結(jié)合具體生物學(xué)內(nèi)容的學(xué)習(xí)而進(jìn)行的建立模型的活動(dòng)。值得注意的是，中學(xué)生物學(xué)課程中的模型建構(gòu)與科學(xué)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(chǔ)，它們的思維過(guò)程在本質(zhì)上應(yīng)是一致的；但兩者的目的不同，建構(gòu)背景不同，建構(gòu)過(guò)程也不完全相同。高中學(xué)生建構(gòu)模型時(shí)，多數(shù)是在背景知識(shí)清晰的情況下進(jìn)行的。例如，沃森和克里克建立DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的目的，是為了揭示當(dāng)時(shí)并不清楚的DNA分子結(jié)構(gòu)。他們的工作是建立當(dāng)時(shí)其他科學(xué)家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的事實(shí)的基礎(chǔ)上的：DNA分子由含有4種堿基的脫氧核苷酸構(gòu)成的長(zhǎng)鏈，而且A的量總是等于T的量，G的量總是等于C的量；X射線衍射法推算出該分子呈螺旋狀，而且否定了該分子是單鏈或4鏈的可能。根據(jù)這些事實(shí)，沃森和克里克采用模型方法，試探著揭示DNA分子的結(jié)構(gòu)。他們?cè)跇?gòu)建模型的過(guò)程中，還始終聯(lián)系該分子的功能，能夠自催化（自我復(fù)制）和異催化（能作為模板合成其他分子）。經(jīng)過(guò)緊張而又充滿創(chuàng)造性的工作，他們終于成功構(gòu)建了完全符合已知科學(xué)事實(shí)的DNA分子結(jié)構(gòu)模型。在揭示DNA分子結(jié)構(gòu)的過(guò)程中，模型方法實(shí)際上起到了研究綱領(lǐng)的作用，并形象地表現(xiàn)出分子結(jié)構(gòu)，以方便對(duì)各種假說(shuō)進(jìn)行驗(yàn)證。顯然，建立DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的過(guò)程，既有對(duì)已知事實(shí)的歸納、抽象、簡(jiǎn)化、舍去非本質(zhì)屬性的過(guò)程,也有對(duì)頭腦中所構(gòu)想的模型形象化、具體化的過(guò)程。所以，DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型是物理模型和概念模型的統(tǒng)一[4]。高中生物學(xué)課程中的“制作DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型”的模型建構(gòu)活動(dòng)，主要是對(duì)已知DNA分子為雙螺旋結(jié)構(gòu)的概念進(jìn)行具體化，所建立的模型是物理模型；其主要目的顯然不是揭示DNA分子的結(jié)構(gòu)，而是通過(guò)制作物理模型來(lái)再現(xiàn)難以直接觀察到的DNA分子的結(jié)構(gòu)，加深對(duì)DNA分子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的認(rèn)識(shí)和理解，并體驗(yàn)具體化的模型的作用。
可以看出，高中生物學(xué)課程中的模型建構(gòu)活動(dòng)，其主要價(jià)值是讓學(xué)生通過(guò)嘗試建立模型，體驗(yàn)建立模型中的思維過(guò)程，領(lǐng)悟模型方法，并獲得或鞏固有關(guān)生物學(xué)概念。
2.提升實(shí)際教學(xué)中模型建構(gòu)活動(dòng)的有效性
為了更好地發(fā)揮模型方法在高中生物課程中的教育價(jià)值，人教版高中生物學(xué)新教材所設(shè)計(jì)的模型建構(gòu)活動(dòng)在課標(biāo)具體內(nèi)容要求的基礎(chǔ)上作了一定的拓展，但有關(guān)活動(dòng)在教學(xué)實(shí)踐中的實(shí)施情況卻不盡理想。
2.1.落實(shí)一定數(shù)量的模型建構(gòu)活動(dòng)是基礎(chǔ)最近課程教材研究所在部分高中實(shí)驗(yàn)區(qū)進(jìn)行的一項(xiàng)調(diào)查顯示：從未組織學(xué)生進(jìn)行過(guò)模型建構(gòu)活動(dòng)的教師占調(diào)查總數(shù)的30%，僅組織過(guò)一次的占39%�；卮鹞茨苓M(jìn)行模型建構(gòu)活動(dòng)的原因時(shí)，95%的教師認(rèn)為是“不是非做不可”�？梢�(jiàn)，認(rèn)為模型建構(gòu)可有可無(wú)是實(shí)際教學(xué)時(shí)模型建構(gòu)活動(dòng)開(kāi)展不夠的根本原因。事實(shí)上，課程標(biāo)準(zhǔn)、教材都已經(jīng)將模型提升為高中生物學(xué)課程的基本內(nèi)容之一，高考考試大綱也將建立模型的方法列入能力考核的目標(biāo)與要求。顯然，模型和模型方法并不是可有可無(wú)。
模型的教育意義需要通過(guò)“建構(gòu)”來(lái)實(shí)現(xiàn)：在模型建構(gòu)活動(dòng)中，往往需要進(jìn)行觀察或?qū)嶒?yàn)，需要進(jìn)行歸納和演繹，需要運(yùn)用已有知識(shí)進(jìn)行假設(shè)、模擬、將復(fù)雜的事物進(jìn)行簡(jiǎn)化、抽象出其本質(zhì)屬性，需要將頭腦中抽象的概念具體化、形象化并身體力行；通過(guò)親身參與這樣的活動(dòng)，學(xué)生在探索思考中，可以體會(huì)到模型建構(gòu)的方法，獲得成功的喜悅，才可能將模型方法內(nèi)化為認(rèn)知圖式，獲得認(rèn)知水平上的提升。可以說(shuō)，模型方法的精髓體現(xiàn)在建立模型的探索與發(fā)現(xiàn)之中，不親身經(jīng)歷其中的困惑與發(fā)現(xiàn)，很難領(lǐng)悟模型方法的要素與關(guān)鍵。
那么，做幾個(gè)模型建構(gòu)活動(dòng)合適呢？要回答這個(gè)問(wèn)題，須分析教材中所設(shè)計(jì)的幾個(gè)模型建構(gòu)活動(dòng)的特點(diǎn)（表1）。
表1 人教版教材中設(shè)計(jì)的模型建構(gòu)活動(dòng)分析
活動(dòng)名稱
模型種類
思維要點(diǎn)
活動(dòng)要點(diǎn)
嘗試制作真核細(xì)胞的三維結(jié)構(gòu)模型
物理模型
先將微觀、肉眼難以直接觀察的結(jié)構(gòu)或過(guò)程簡(jiǎn)化，把握其主要特征，再將這些特征形象化、具體化
重現(xiàn)的結(jié)構(gòu)準(zhǔn)確，能體現(xiàn)有關(guān)結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)。所模擬的過(guò)程符合已知科學(xué)事實(shí)，所建立的模型實(shí)物既簡(jiǎn)單又準(zhǔn)確科學(xué)是這類活動(dòng)的關(guān)鍵
建立減數(shù)分裂中染色體變化的模型
制作DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型
建立血糖調(diào)節(jié)的模型
物理模型、概念模型
先將難以直接觀察到的過(guò)程形象化，再在此基礎(chǔ)上抽象出該過(guò)程的關(guān)鍵特點(diǎn)
模擬過(guò)程簡(jiǎn)明扼要，分析、抽象出調(diào)節(jié)過(guò)程的規(guī)律，即獲得概念模型的過(guò)程是本活動(dòng)的關(guān)鍵
建立種群增長(zhǎng)的數(shù)學(xué)模型
數(shù)學(xué)模型
根據(jù)具體情景，抽象出數(shù)學(xué)規(guī)律，并用公式或圖表的形式表達(dá)
從具體案例推演出建構(gòu)數(shù)學(xué)模型的基本規(guī)律是關(guān)鍵
教材安排的上述5個(gè)模型建構(gòu)活動(dòng)分屬3類，各有特色和意義，其中嘗試制作真核細(xì)胞的三維結(jié)構(gòu)模型、建立減數(shù)分裂中染色體變化的模型、建立種群增長(zhǎng)的數(shù)學(xué)模型是課標(biāo)具體內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)的要求，屬于必須做的活動(dòng)。所以，實(shí)際教學(xué)中至少應(yīng)該做3個(gè)模型建構(gòu)活動(dòng)才能達(dá)到課標(biāo)的基本要求。在此基礎(chǔ)上，再補(bǔ)充做1個(gè)建立概念模型的活動(dòng)，才能讓學(xué)生比較全面地了解模型方法及其在科學(xué)研究中的作用，體驗(yàn)建立模型時(shí)抽象化或具體化的思維過(guò)程，并嘗試建構(gòu)不同類型的模型，
除了以上歸類為“模型建構(gòu)”的5個(gè)活動(dòng)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(dòng)鑲嵌模型，必修3教材中安排的“技能訓(xùn)練”構(gòu)建人體細(xì)胞與外界環(huán)境的物質(zhì)交換模型和“思考與討論”嘗試畫(huà)出生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模型等活動(dòng)，為學(xué)生提供了更豐富的模型建構(gòu)活動(dòng)的方案。
2.2.在模型建構(gòu)中實(shí)現(xiàn)行為與思維的統(tǒng)一是關(guān)鍵在教學(xué)實(shí)踐中進(jìn)行模型建構(gòu)活動(dòng)時(shí)，有兩種值得反思的現(xiàn)象：一是拘泥于無(wú)足輕重的細(xì)節(jié)像與不像上，背離了模型方法簡(jiǎn)化、抽象出本質(zhì)的要旨；二是弱化活動(dòng)中必要的思維過(guò)程，以形成一個(gè)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(diào)節(jié)的模型”，目前所看到的教學(xué)設(shè)計(jì)和教學(xué)案例，大多數(shù)都把主要的精力放在模擬活動(dòng)上，有些教學(xué)活動(dòng)還在如何讓學(xué)生扮演胰腺、肝臟更為形象上下了不少工夫（如讓學(xué)生貼上胰腺、肝臟的圖片），模擬吃飯和運(yùn)動(dòng)后的反應(yīng)過(guò)程也不厭其煩，活動(dòng)中通過(guò)旁白對(duì)其中所涉及的背景知識(shí)作了大量補(bǔ)充（如維持正常血糖含量如何重要，還有哪些激素對(duì)維持血糖平衡有重要作用等）。事實(shí)上，這個(gè)模型建構(gòu)活動(dòng)，模擬過(guò)程的關(guān)鍵是：一要體現(xiàn)“激素”卡片作為信息起作用這一本質(zhì)，二要體現(xiàn)反饋和拮抗作用。模擬活動(dòng)后的討論，以及通過(guò)討論繪制圖解式模型應(yīng)該是本活動(dòng)的重中之重。也就是說(shuō)，模擬活動(dòng)旨在通過(guò)形象化展示肉眼看不見(jiàn)的過(guò)程，但這不是根本目的，在形象化的基礎(chǔ)上再高度抽象出這個(gè)調(diào)節(jié)過(guò)程的本質(zhì)才是關(guān)鍵。缺少形象化之后抽象出調(diào)節(jié)過(guò)程的本質(zhì)這一思維過(guò)程，往往使這個(gè)活動(dòng)幼稚化為小學(xué)生玩的游戲。
顯然，模型建構(gòu)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(yàn)、思維和創(chuàng)造。也就是說(shuō)，要建構(gòu)，更要在建構(gòu)中實(shí)現(xiàn)行為與思維的統(tǒng)一。
參考文獻(xiàn)
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本文來(lái)自：逍遙右腦記憶 http://www.yy-art.cn/gaozhong/126585.html
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