1.問題的提出
模擬實驗及其教學(xué)方法是生物學(xué)教學(xué)中一種體現(xiàn)新課程改革理念的教學(xué)方法，倡導(dǎo)合作學(xué)習(xí)、自主學(xué)習(xí)，鼓勵批判性思維，更利于實踐和知識創(chuàng)新。正在實驗的高中新課程教材，加大了其在總體教學(xué)內(nèi)容中占的比重，并逐步建立健全了模擬實驗內(nèi)容的教學(xué)內(nèi)容與學(xué)習(xí)方法。通過模擬實驗的教學(xué)實施提高學(xué)生生物科學(xué)素質(zhì)，加強理論知識與實際生活的聯(lián)系，促進和豐富探究性學(xué)習(xí)，轉(zhuǎn)變學(xué)生的學(xué)習(xí)方式。
模擬實驗是根據(jù)相似的理論，先設(shè)計與自然事物、自然現(xiàn)象及其發(fā)展變化過程相似的模型，然后通過對模型的實驗和研究，間接地去實驗和研究原型的性質(zhì)和規(guī)律性，這種間接的實驗方法稱模擬實驗，又稱為模擬方法。
目前，在高中生物學(xué)教學(xué)活動中如何應(yīng)用模擬實驗，尚無成熟的理論和方法基礎(chǔ)。因此，本課題研究主要從模擬實驗的理論基礎(chǔ)、新舊教材的比較、教學(xué)實驗個案等方面探討，為生物學(xué)教學(xué)提供一點理論與建議。
2．高中新舊課程中模擬實驗的比較研究
2.1 《高中生物教學(xué)大綱(2002年修訂)》和《普通高中生物課程標準（實驗）》的比較見表1。
由上表可見，通過比較《高中生物教學(xué)大綱(2002年修訂)》和《普通高中生物課程標準（實驗）》在課程設(shè)計理念、思路、學(xué)習(xí)目標、課程具體目標、教學(xué)建議等5個方面內(nèi)容的差異，我們發(fā)現(xiàn)《普通高中生物課程標準（實驗）》增加了模擬實驗、模型構(gòu)建等教學(xué)內(nèi)容，并且從設(shè)計理念、學(xué)習(xí)目標、課程具體目標、教學(xué)建議等方面對模擬實驗教學(xué)的保證進行了詳細的闡述，認為建模思維和建模能力是學(xué)生必備的科學(xué)素質(zhì)，進行模擬實驗和模型構(gòu)建能力在科學(xué)發(fā)展中發(fā)揮重要作用。
2.3 高中生物學(xué)教材中的部分模型見表2。
2.4 《全日制普通高級中學(xué)教科書生物必修》(2002年審查通過)與《普通高中課程標準實驗教科書生物必修》(2004年審查通過)中模擬實驗的比較見表3。
由上述表中可見，通過比較《全日制普通高級中學(xué)教科書必修》(2002年審查通過)與《普通高中課程標準實驗教科書生物必修》(2004年審查通過)，可以看到《普通高中課程標準實驗教科書生物必修》(2004年審查通過)中大幅度增加了模擬實驗、模型構(gòu)建的數(shù)量，健全了模型的種類，為培養(yǎng)學(xué)生建模思維和建模能力，進行模擬實驗和模型構(gòu)建的教學(xué)提供了素材。
3．模擬實驗和模型構(gòu)建教學(xué)活動的基本程序和案例
模型是人們?yōu)榱四撤N特定的目的而對認識對象所作的一種簡化的概括性的描述，這種描述可以是定性的，也可以是定量的。
3.1 高中生物學(xué)教學(xué)中模擬實驗教學(xué)模式建立的基本程序
3.1.1 模擬實驗中的原型與模型
原型：實驗的研究對象叫原型。原型可以是實際存在的或過去存在的生物或生命現(xiàn)象。
模型：進行操作的模擬裝置叫模型。模型是模仿被研究對象而選擇或設(shè)計的某種代替物。在模擬實驗中，關(guān)鍵一步是尋找或設(shè)計模型。模型必須具備3個條件：首先，模型必須相似于原型；其次，模型在生物學(xué)研究中能替代原型；第3，模型提供關(guān)于原型的信息。模型特點：簡明性、切題性、精密性。
3.1.2 進行模擬實驗要經(jīng)歷的步驟
①從原型過渡到模型；
②對模型進行實驗；
③從模型再過渡到原型；
④模擬實驗教學(xué)流程的建立。
3.2 建立模擬實驗及模型的案例
案例l：物理模型的建立
“模型”與“原型”之間的物理過程或幾何相似為基礎(chǔ)的一種模擬方法，在教學(xué)過程中設(shè)計的教學(xué)流程應(yīng)突出下列特點：首先，它具有生動形象的直觀性；其次，物理模擬在應(yīng)用方面具有廣泛性；第3，物理模擬應(yīng)具有局部性和綜合性的特點；第4，物理模擬可以使觀察的現(xiàn)象反應(yīng)出現(xiàn)。根據(jù)上述特點,教師設(shè)計教學(xué)流程和進行指導(dǎo)時，重視流程的合理性，指導(dǎo)理論的科學(xué)性，從而使學(xué)生在掌握模擬方法的同時獲取科學(xué)的生物學(xué)知識。
教學(xué)案例：
模擬實驗題目：嘗試制作真核細胞三維結(jié)構(gòu)模型。
模擬實驗類別：物理模型。
目的要求：
1.嘗試制作真核細胞三維結(jié)構(gòu)模型；
2.體驗建構(gòu)模型過程。
材料用具：根據(jù)本小組模擬實驗的種類選擇材料用具，見表5。
案例2：概念模型的建立
主要通過所設(shè)計的實驗?zāi)Ｐ�，模擬微觀、抽象或無法通過原型完成的實驗。這種模擬實驗難度高于物理模型。教師在進行該模式教學(xué)時．應(yīng)對學(xué)生設(shè)計方案的多樣性、科學(xué)性以及實驗材料的多樣性進行重點指導(dǎo)，具體見表6。
案例3：數(shù)學(xué)模型的建立
是模型和原型之間在數(shù)學(xué)方程式相似的基礎(chǔ)上，使用的一種模擬方法，在現(xiàn)行的高中新課程中這種實驗較少，例如：“微生物種群數(shù)量增長的數(shù)學(xué)模型”
①數(shù)學(xué)模型含義：是把復(fù)雜的研究對象轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)學(xué)問題，經(jīng)過合理簡化后，建立一個能用數(shù)學(xué)方法揭示研究對象規(guī)律的數(shù)學(xué)關(guān)系式。
②數(shù)學(xué)模型在生物學(xué)實驗中的意義：可以進行數(shù)量大的分析處理，從而克服了實際實驗中只能對少數(shù)生物進行分析的局限：能夠?qū)?fù)雜的多因素以獨立的形式進行分析，而實際實驗很難做到；能重復(fù)研究實驗的各種信息、資料，而實際實驗中很難做到。
研究實例：建立細菌增殖的數(shù)學(xué)模型。具體內(nèi)容見表7。
4．反思和建議
4.1 教材中模擬實驗在提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)方面發(fā)揮的作用
4.1.1通過模擬實驗及模型的制作，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力
創(chuàng)新能力是一個人根據(jù)當前的知識和經(jīng)驗，加工、處理并有機遷移或整合，創(chuàng)造出新知識或新技術(shù)的能力。創(chuàng)新能力分為知識創(chuàng)新和技術(shù)創(chuàng)新，在高中生物學(xué)教學(xué)中應(yīng)該充分利用模擬實驗及構(gòu)建模型的機會來培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造能力。例如，《普通高中課程標準實驗教科書》必修，模塊l第4章“細胞的物質(zhì)輸入和輸出”第2節(jié)“課外制作──利用廢舊物品制作生物膜模型”，雖然教材中所給出的模擬實驗和模型構(gòu)建都是經(jīng)典和較成熟的理論，但仍可利用這些素材作為基礎(chǔ)，通過深化來培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神。流動鑲嵌學(xué)說雖已被大多數(shù)人接受，但也鼓勵學(xué)生在研究關(guān)于膜的理論的基礎(chǔ)上，勇于提出自己的較為合理反映膜的特性的模型理論，哪怕是可能錯誤的也要勇于提出。再有還可豐富流動鑲嵌學(xué)說，例如：在制作膜的模型過程中，可就如下問題進行個性化的討論：①制作模型的選材還可以有哪些?②糖蛋白在膜的兩側(cè)都有分布嗎?③磷脂分子頭部向外，兩條長鏈向內(nèi)的原因是什么?④膜破裂的情況。⑤蛋白質(zhì)在膜中分布多少與流動性有關(guān)嗎?⑥糖被與免疫、癌癥、致病微生物侵入人體和信息傳遞有何關(guān)系?⑦載體蛋白在與被運輸分子結(jié)合后，其本身電性和酸堿性有何變化?
上述問題，有的可以找出答案，有的沒有定論，但這些問題卻可以使學(xué)生在制作生物膜模型時，加深對生物膜學(xué)說的理解，將來去探尋研究一些沒有解決的問題，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)生物學(xué)的興趣。同時，制作的過程，也是學(xué)生根據(jù)自己所獲取的知識進行創(chuàng)新的過程。
4.1.2 通過模擬實驗教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維
生物科學(xué)的發(fā)展中批判性思維活動是非常關(guān)鍵的，作為一名生物科學(xué)工作者，在其從事的科學(xué)研究中，一方面要認真學(xué)習(xí)了解前人的研究成果。另一方面又要認定前人研究的科學(xué)性，如果發(fā)現(xiàn)矛盾應(yīng)勇于質(zhì)疑，并通過研究使其科學(xué)化或加以豐富，同時科研工作者也應(yīng)使自己的研究方案達到科學(xué)性、可行性、簡便性、重復(fù)性等原則，還要對自己的研究方案進行不斷的改進。在模擬實驗教學(xué)中，可以利用課本中的素材來培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維。例如在模塊2第3章制作DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的實驗中，可以引導(dǎo)學(xué)生提出諸如：①DNA發(fā)生互換的原因；②DNA單鏈的分子結(jié)構(gòu)及穩(wěn)定性的情況；③RNA單鏈病毒的分子結(jié)構(gòu)易變異的原因；④DNA僅有A、G、C、T 4種堿基嗎？等一些疑問來投入先期學(xué)習(xí)，然后再通過討論評價實驗方案來使實驗深化、完善，從而激發(fā)學(xué)生的批判性思維，達到豐富學(xué)生知識的目的。
4.1.3 培養(yǎng)學(xué)生的建模思維和建模能力
《普通高中生物課程標準（實驗）》指出：“了解建立模型等科學(xué)方法及其在科學(xué)研究中的應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生的建模思維和建模能力。領(lǐng)悟、建立數(shù)學(xué)模型等科學(xué)方法及其在科學(xué)研究中的應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生的建模思維和建模能力，獲得生物學(xué)的基本事實、概念、原理、規(guī)律、模型等方面的基礎(chǔ)知識”。由此可見，建模思維、建模能力在《普通高中生物課程標準（實驗）》中被提到較高的高度，被認為是將來學(xué)生從事科學(xué)研究的必備能力。建模思維，是學(xué)生所認識到的關(guān)于建立模型及進行模擬實驗必需的理論、概念、原則、方法等方面的知識。而建模能力是在建模思想的指導(dǎo)下，綜合建立模型，進行知識或技術(shù)創(chuàng)新所必需的知識、理論、技能，最終達到建立模型，完成創(chuàng)新過程的能力。在進行高中生物學(xué)教學(xué)時應(yīng)充分利用模擬實驗和構(gòu)建模型的內(nèi)容培養(yǎng)學(xué)生的建構(gòu)思維和建構(gòu)能力。例如：必修模塊l第6章第1節(jié)中“細胞大小與物質(zhì)運輸?shù)年P(guān)系”，這一模擬實驗，在教學(xué)之前應(yīng)給學(xué)生介紹模擬實驗的一些要素、原型。本實驗主要涉及以下幾種模型：
在經(jīng)過實施實驗后，學(xué)生懂得細胞比較小時，表面積與體積的比值大，吸收物質(zhì)充分。在此基礎(chǔ)上還可以將問題拓展：如吸收情況還與物質(zhì)的濃度、吸收方式等有關(guān)。通過模擬實驗的教學(xué)使學(xué)生懂得了建立模型的基本方法。
4.2 在教學(xué)過程中教師應(yīng)具有構(gòu)建模型的意識
構(gòu)建模型作為發(fā)現(xiàn)科學(xué)事實、揭示科學(xué)規(guī)律的過程和方法，在科學(xué)教育中有重要的意義。在構(gòu)建模型過程中學(xué)生不僅獲得一定的知識，還可習(xí)得獲取知識的方法，提高解決問題的能力。在生物學(xué)教學(xué)中經(jīng)常使用的實物模型，如生物體結(jié)構(gòu)的模式標本，模擬模型如細胞結(jié)構(gòu)模型、各種組織器官的立體結(jié)構(gòu)模型、DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)模型、生物膜液態(tài)鑲嵌模型。它能使研究對象直觀化，利于學(xué)生理解。不過，在新課程改革以前一直在大量使用模型，卻沒有提出模型的概念和模型化的方法，這不能不說是一個遺憾。
由于構(gòu)建模型是新課程中新提出的概念，學(xué)生對構(gòu)建模型原理的理解、具體操作過程感到陌生，需要教師在授課過程中善于引導(dǎo)。如植物光合作用中光照強度和光合作用強度的關(guān)系、細胞呼吸強度和氧氣濃度關(guān)系曲線、植物生長素兩重性曲線為數(shù)學(xué)模型，在使用時應(yīng)向?qū)W生灌輸構(gòu)建模型思想。逐步培養(yǎng)學(xué)生構(gòu)建模型思想和方法。
總之，通過為模擬實驗教學(xué)提供的理論材料和個案研究結(jié)果顯示：模擬實驗促進學(xué)生學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)變。培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思想、批判性思維、建模思維和建模能力方面具有重要的作用。生物學(xué)教師在新課程改革中應(yīng)該對模擬實驗和構(gòu)建模型的教學(xué)予以充分的重視。
本文來自：逍遙右腦記憶 http://yy-art.cn/gaozhong/168337.html
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