高中生物學(xué)新課程中的模型、模型方法及模型建構(gòu)

1、1高中生物學(xué)新課程中的模型、模型方法及模型建構(gòu)高中生物學(xué)新課程中的模型、模型方法及模型建構(gòu)譚永平（人民教育出版社課程教材研究所北京100081）摘要：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

2、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)關(guān)鍵詞：高中生物學(xué)模型模型教育部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(chēng)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)

3、準(zhǔn)的教學(xué)探索也已有若干年，但類(lèi)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。1.1.高中生物學(xué)課程中的模型和模型建構(gòu)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(lèi)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

4、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

5、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

6、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?zhuān)Ｐ鸵呀?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

7、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

8、完全相同。高3過(guò)程的關(guān)鍵特點(diǎn)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(lèi)，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。

9、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(lèi)型的模型，除了以上歸類(lèi)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。2.2.2.

10、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

11、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，

12、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)參考文獻(xiàn)[1]邢紅軍.1997.論科學(xué)教育中的模型方法教育.教育研究，1997年第7期：53～56.[2]周瑞平易光明.2000.模型方