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運用模型方法開展生物學課堂教學

黃立軍

摘 要:

建構模型的方法,是高中課程標準和教材對學生提出的科學方法和探究能力的要求。在高中階段生物學課程的學習中,學生會不斷接觸到各種類型的模型建構,對模型方法會有比較全面的學習和理解。教師在課堂教學中充分運用模型及其方法,會促使學生知識、能力、情感態度和價值觀的發展。


  建構模型的方法,是高中課程標準和教材對學生提出的科學方法和探究能力的要求。在高中階段生物學課程的學習中,學生會不斷接觸到各種類型的模型建構,對模型方法會有比較全面的學習和理解。教師在課堂教學中充分運用模型及其方法,會促使學生知識、能力、情感態度和價值觀的發展。
  
  1 模型及模型方法的概念界定
  
  模型是人們為了某種特定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;有的借助于具體的實物或其他形象化的手段,有的則通過抽象的形式來表達。模型的形式包括物理模型、概念模型、數學模型等。以實物或圖畫形式直觀地表達對象的特征,這種模型就是物理模型。沃森和克里克制作的著名的DNA雙螺旋結構模型,就是物理模型,它形象而概括地反映了所有DNA分子結構的共同特征。
  模型方法是以研究模型來揭示原型的形態、特征和本質的科學方法。客觀事物、現象和過程之間存在的相似性是模型方法的客觀依據。模型方法具有可對事過境遷的自然現象進行研究,將自然現象放大或縮小等優點。具體地說,模型方法就是把研究對象的一些次要的細節和非本質的聯系舍去,從而以簡化和理想化的形式去再現原型的各種復雜結構、功能和聯系的一種科學方法。作為一種現代科學認識手段和思維方法,模型具有兩方面的含義,即抽象化和具體化。
  
  2 運用模型方法教學的意義
  
  2.1 促使學生更好地掌握生物學知識
  首先,模型是學生學習科學知識的重要手段。學生掌握了模型方法就能更透徹地理解科學知識。以“成熟植物細胞發生滲透作用”的教學來說,先從化學滲透裝置及滲透現象的分析入手,通過分析明確滲透作用發生的條件,再分析成熟植物細胞的結構,通過“簡化”(也是一種模型化)細胞結構并類比,進而推理出“成熟植物細胞相當于一個滲透系統”。而這一滲透系統在不同濃度的溶液中將發生怎樣的變化呢?先讓學生構建成熟植物細胞質壁分離和復原的模型,提出可能發生的變化。再讓學生設計并實施驗證推理的實驗,全面地考慮材料和試劑的選擇、方法與步驟、可能出現的結果及其原因分析等。最后跳出課本,運用模型去解決農作物施肥等實際問題,使理論又回到實踐中去。這種以模型方法為主旋律的設計符合學生認知規律,促使學生更好地掌握生物學知識。
  其次,模型方法作為思維方法蘊涵著很高的認知價值。學生一旦將模型方法內化為自己的認知圖式,就能獲得認知水平的躍進。將學生的認知水平逐步從具體向抽象過渡,抓住原型的本質特征,對原型進行抽象,把復雜的原型客體加以簡化和純化,并對抽象的假設或命題進行邏輯轉換,以構建一個能反映原型本質聯系的模型。這種既能聯系具體,又能聯系抽象的性質,正是模型所特有的。模型一方面提供了這種教學情境,同時,又使學生在這種從具體到抽象的認識過程中發生認知沖突,從而促進認知水平的發展。如“基因的自由組合定律”一節教學,可以根據“觀察兩對相對性狀遺傳的現象→尋找兩對相對性狀遺傳的特征,建立解釋基因自由組合假設模型→用測交實驗檢驗模型(求證的方法包括理論的推導、實驗驗證和實物查證等三種方法)→運用自由組合模型解釋其它的生產、生活中的遺傳現象”的教學程序展開教學。其中的自由組合假設模型是溝通自由組合定律和現實(現象)的橋梁。然后以一對等位基因的遺傳為基礎,讓學生理解含一對等位基因的雜合體產生的配子種類、子代基因型及表現型的種類和比例,然后借助遺傳圖解和概率計算,推理出兩對位于非同源染色體上的非等位基因的遺傳結果,最后抽象出含n對等位基因(位于n對非同源染色體上)的雜合體的遺傳結果(見表1)。
  
  
  2.2 有助于培養學生的創造性思維能力
  在模型方法教學中,寄希望于把模型方法的要素概括出來,形成系統的方法學知識向學生講授是不切實際的。如在生態系統的功能的教學中,學生對能量金字塔的理解只是局限于課本的理性闡述,而且在實際運用中學生所碰到的不僅僅是能量金字塔,還有生物量金字塔和數量金字塔等。這些生態金字塔是千變萬化的,給學生的理解造成了阻礙。如果能用模型方法展開教學,則效果斐然。教師借助電教手段展示陸地生態系統和湖泊生態系統兩組生物體干重的系列數據,讓學生先根據營養級篩選、統計數據,并繪出生物量金字塔模型。當學生比較兩種生態系統的生物量金字塔時,產生了困惑,陸地生態系統的生物量金字塔典型,而湖泊生態系統的則呈現倒金字塔。利用模型構建中產生的沖突組織學生討論倒金字塔模型中“倒”的原因所在,最后得出結論:微型藻類世代期短,繁殖速度快,只能積累少量有機物,且浮游動物對它們的取食強度大,加之浮游植物個體小,含纖維素少,因此可整個被下一營養級的浮游動物所吞食消化,并迅速轉化為下一營養級的生物量,因此生產者的表觀生物量很小,形成了倒金字塔。如果不運用模型方法展開教學,則其關鍵和奧妙之處是不能外顯的,創造性思維能力難以得到培養和提高。 ......(未完,請點擊下方“在線閱讀”)
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