1.問(wèn)題的提出

模擬實(shí)驗(yàn)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(lì)批判性思維，更利于實(shí)踐和知識(shí)創(chuàng)新。正在實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)內(nèi)容的教學(xué)內(nèi)容與學(xué)習(xí)方法。通過(guò)模擬實(shí)驗(yàn)的教學(xué)實(shí)施提高學(xué)生生物科學(xué)素質(zhì)，加強(qiáng)理論知識(shí)與實(shí)際生活的聯(lián)系，促進(jìn)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(shí)驗(yàn)是根據(jù)相似的理論，先設(shè)計(jì)與自然事物、自然現(xiàn)象及其發(fā)展變化過(guò)程相似的模型，然后通過(guò)對(duì)模型的實(shí)驗(yàn)和研究，間接地去實(shí)驗(yàn)和研究原型的性質(zhì)和規(guī)律性，這種間接的實(shí)驗(yàn)方法稱模擬實(shí)驗(yàn)，又稱為模擬方法。

目前，在高中生物學(xué)教學(xué)活動(dòng)中如何應(yīng)用模擬實(shí)驗(yàn)，尚無(wú)成熟的理論和方法基礎(chǔ)。因此，本課題研究主要從模擬實(shí)驗(yàn)的理論基礎(chǔ)、新舊教材的比較、教學(xué)實(shí)驗(yàn)個(gè)案等方面探討，為生物學(xué)教學(xué)提供一點(diǎn)理論與建議。

2．高中新舊課程中模擬實(shí)驗(yàn)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(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)）》的比較見(jiàn)表1。

由上表可見(jiàn)，通過(guò)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(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)）》在課程設(shè)計(jì)理念、思路、學(xué)習(xí)目標(biāo)、課程具體目標(biāo)、教學(xué)建議等5個(gè)方面內(nèi)容的差異，我們發(fā)現(xiàn)《普通高中生物課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)）》增加了模擬實(shí)驗(yàn)、模型構(gòu)建等教學(xué)內(nèi)容，并且從設(shè)計(jì)理念、學(xué)習(xí)目標(biāo)、課程具體目標(biāo)、教學(xué)建議等方面對(duì)模擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)的保證進(jìn)行了詳細(xì)的闡述，認(rèn)為建模思維和建模能力是學(xué)生必備的科學(xué)素質(zhì)，進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)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(jiàn)表2。

2.4 《全日制普通高級(jí)中學(xué)教科書(shū)生物必修》(2002年審查通過(guò))與《普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書(shū)生物必修》(2004年審查通過(guò))中模擬實(shí)驗(yàn)的比較見(jiàn)表3。

由上述表中可見(jiàn)，通過(guò)比較《全日制普通高級(jí)中學(xué)教科書(shū)必修》(2002年審查通過(guò))與《普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書(shū)生物必修》(2004年審查通過(guò))，可以看到《普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書(shū)生物必修》(2004年審查通過(guò))中大幅度增加了模擬實(shí)驗(yàn)、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(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)和模型構(gòu)建的教學(xué)提供了素材。

3．模擬實(shí)驗(yàn)和模型構(gòu)建教學(xué)活動(dòng)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(duì)認(rèn)識(shí)對(duì)象所作的一種簡(jiǎn)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(shí)驗(yàn)教學(xué)模式建立的基本程序

3.1.1 模擬實(shí)驗(yàn)中的原型與模型

原型：實(shí)驗(yàn)的研究對(duì)象叫原型。原型可以是實(shí)際存在的或過(guò)去存在的生物或生命現(xiàn)象。

模型：進(jìn)行操作的模擬裝置叫模型。模型是模仿被研究對(duì)象而選擇或設(shè)計(jì)的某種代替物。在模擬實(shí)驗(yàn)中，關(guān)鍵一步是尋找或設(shè)計(jì)模型。模型必須具備3個(gè)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(diǎn)：簡(jiǎn)明性、切題性、精密性。

3.1.2 進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)要經(jīng)歷的步驟

①?gòu)脑�型過(guò)渡到模型；

②對(duì)模型進(jìn)行實(shí)驗(yàn)；

③從模型再過(guò)渡到原型；

④模擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)流程的建立。

3.2 建立模擬實(shí)驗(yàn)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(guò)程或幾何相似為基礎(chǔ)的一種模擬方法，在教學(xué)過(guò)程中設(shè)計(jì)的教學(xué)流程應(yīng)突出下列特點(diǎn)：首先，它具有生動(dòng)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(diǎn)；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(diǎn),教師設(shè)計(jì)教學(xué)流程和進(jìn)行指導(dǎo)時(shí)，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(shí)獲取科學(xué)的生物學(xué)知識(shí)。

教學(xué)案例：

模擬實(shí)驗(yàn)題目：嘗試制作真核細(xì)胞三維結(jié)構(gòu)模型。

模擬實(shí)驗(yàn)類別：物理模型。

目的要求：

1.嘗試制作真核細(xì)胞三維結(jié)構(gòu)模型；

2.體驗(yàn)建構(gòu)模型過(guò)程。

材料用具：根據(jù)本小組模擬實(shí)驗(yàn)的種類選擇材料用具，見(jiàn)表5。

案例2：概念模型的建立

主要通過(guò)所設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ�，模擬微觀、抽象或無(wú)法通過(guò)原型完成的實(shí)驗(yàn)。這種模擬實(shí)驗(yàn)難度高于物理模型。教師在進(jìn)行該模式教學(xué)時(shí)．應(yīng)對(duì)學(xué)生設(shè)計(jì)方案的多樣性、科學(xué)性以及實(shí)驗(yàn)材料的多樣性進(jìn)行重點(diǎn)指導(dǎo)，具體見(jiàn)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(shí)驗(yàn)較少，例如：“微生物種群數(shù)量增長(zhǎng)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(duì)象轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)學(xué)問(wèn)題，經(jīng)過(guò)合理簡(jiǎn)化后，建立一個(gè)能用數(shù)學(xué)方法揭示研究對(duì)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(shí)驗(yàn)中的意義：可以進(jìn)行數(shù)量大的分析處理，從而克服了實(shí)際實(shí)驗(yàn)中只能對(duì)少數(shù)生物進(jìn)行分析的局限：能夠?qū)��?fù)雜的多因素以獨(dú)立的形式進(jìn)行分析，而實(shí)際實(shí)驗(yàn)很難做到；能重復(fù)研究實(shí)驗(yàn)的各種信息、資料，而實(shí)際實(shí)驗(yàn)中很難做到。

研究實(shí)例：建立細(xì)菌增殖的數(shù)學(xué)模型。具體內(nèi)容見(jiàn)表7。

4．反思和建議

4.1 教材中模擬實(shí)驗(yàn)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(guò)模擬實(shí)驗(yàn)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(gè)人根據(jù)當(dāng)前的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，加工、處理并有機(jī)遷移或整合，創(chuàng)造出新知識(shí)或新技術(shù)的能力。創(chuàng)新能力分為知識(shí)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(shí)驗(yàn)及構(gòu)建模型的機(jī)會(huì)來(lái)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造能力。例如，《普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書(shū)》必修，模塊l第4章“細(xì)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(shí)驗(yàn)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(guò)深化來(lái)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神。流動(dòng)鑲嵌學(xué)說(shuō)雖已被大多數(shù)人接受，但也鼓勵(lì)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(cuò)誤的也要勇于提出。再有還可豐富流動(dòng)鑲嵌學(xué)說(shuō)，例如：在制作膜的模型過(guò)程中，可就如下問(wèn)題進(jìn)行個(gè)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(zhǎng)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(dòng)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(yùn)輸分子結(jié)合后，其本身電性和酸堿性有何變化?

上述問(wèn)題，有的可以找出答案，有的沒(méi)有定論，但這些問(wèn)題卻可以使學(xué)生在制作生物膜模型時(shí)，加深對(duì)生物膜學(xué)說(shuō)的理解，將來(lái)去探尋研究一些沒(méi)有解決的問(wèn)題，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)生物學(xué)的興趣。同時(shí)，制作的過(guò)程，也是學(xué)生根據(jù)自己所獲取的知識(shí)進(jìn)行創(chuàng)新的過(guò)程。

4.1.2 通過(guò)模擬實(shí)驗(yàn)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(dòng)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(rèn)真學(xué)習(xí)了解前人的研究成果。另一方面又要認(rèn)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(guò)研究使其科學(xué)化或加以豐富，同時(shí)科研工作者也應(yīng)使自己的研究方案達(dá)到科學(xué)性、可行性、簡(jiǎn)便性、重復(fù)性等原則，還要對(duì)自己的研究方案進(jìn)行不斷的改進(jìn)。在模擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，可以利用課本中的素材來(lái)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(shí)驗(yàn)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(wèn)來(lái)投入先期學(xué)習(xí)，然后再通過(guò)討論評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)方案來(lái)使實(shí)驗(yàn)深化、完善，從而激發(fā)學(xué)生的批判性思維，達(dá)到豐富學(xué)生知識(shí)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(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)）》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(shí)、概念、原理、規(guī)律、模型等方面的基礎(chǔ)知識(shí)”。由此可見(jiàn)，建模思維、建模能力在《普通高中生物課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)）》中被提到較高的高度，被認(rèn)為是將來(lái)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(rèn)識(shí)到的關(guān)于建立模型及進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)必需的理論、概念、原則、方法等方面的知識(shí)。而建模能力是在建模思想的指導(dǎo)下，綜合建立模型，進(jìn)行知識(shí)或技術(shù)創(chuàng)新所必需的知識(shí)、理論、技能，最終達(dá)到建立模型，完成創(chuàng)新過(guò)程的能力。在進(jìn)行高中生物學(xué)教學(xué)時(shí)應(yīng)充分利用模擬實(shí)驗(yàn)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(xì)胞大小與物質(zhì)運(yùn)輸?shù)年P(guān)系”，這一模擬實(shí)驗(yàn)，在教學(xué)之前應(yīng)給學(xué)生介紹模擬實(shí)驗(yàn)的一些要素、原型。本實(shí)驗(yàn)主要涉及以下幾種模型：

　

在經(jīng)過(guò)實(shí)施實(shí)驗(yàn)后，學(xué)生懂得細(xì)胞比較小時(shí)，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(wèn)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(guò)模擬實(shí)驗(yàn)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(guò)程中教師應(yīng)具有構(gòu)建模型的意識(shí)

構(gòu)建模型作為發(fā)現(xiàn)科學(xué)事實(shí)、揭示科學(xué)規(guī)律的過(guò)程和方法，在科學(xué)教育中有重要的意義。在構(gòu)建模型過(guò)程中學(xué)生不僅獲得一定的知識(shí)，還可習(xí)得獲取知識(shí)的方法，提高解決問(wèn)題的能力。在生物學(xué)教學(xué)中經(jīng)常使用的實(shí)物模型，如生物體結(jié)構(gòu)的模式標(biāo)本，模擬模型如細(xì)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(duì)象直觀化，利于學(xué)生理解。不過(guò)，在新課程改革以前一直在大量使用模型，卻沒(méi)有提出模型的概念和模型化的方法，這不能不說(shuō)是一個(gè)遺憾。

由于構(gòu)建模型是新課程中新提出的概念，學(xué)生對(duì)構(gòu)建模型原理的理解、具體操作過(guò)程感到陌生，需要教師在授課過(guò)程中善于引導(dǎo)。如植物光合作用中光照強(qiáng)度和光合作用強(qiáng)度的關(guān)系、細(xì)胞呼吸強(qiáng)度和氧氣濃度關(guān)系曲線、植物生長(zhǎng)素兩重性曲線為數(shù)學(xué)模型，在使用時(shí)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(guò)為模擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供的理論材料和個(gè)案研究結(jié)果顯示：模擬實(shí)驗(yàn)促進(jìn)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(duì)模擬實(shí)驗(yàn)和構(gòu)建模型的教學(xué)予以充分的重視。

本文來(lái)自：逍遙右腦記憶 http://www.yy-art.cn/gaozhong/168337.html

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