中学课堂教学中对学生模型构建能力的培养
许 正 田
（霍邱县第一中学 xzhengt@）
摘要：论文通过模型构建含义和实例说明，达到让学生独立构建，体会模型构建意义。
关键词： 课堂教学 模型 模型构建
引言：随着新课程改革不断地推进和深化，中学课堂教学对老师的创新教育教学方式方法要求也越来越高。2008年6月我刚毕业便开始开始担任新版人教版教材的生物学科教学工作，压力感觉很大，因为对新教材的陌生和新教材对教育教学方法和技能的要求更高，为了适应新课改的课堂教学，在常规教学之余我认真地研读和研究新课程标准，领会新课标的变化和要求，比如在比较新老教材中发现：开展学生课外实践调查，对中学生模型构建能力的培养等等都是新教材的亮点。以下是我在课堂教学中对构建模型能力培养与应用方面的尝试与初探，以及在教学中的点滴体会和认识。
一、要明确模型构建的含义及中学阶段的模型构建方面的实例说明。
构建模型的思想在教育领域的运用并不新生产物。早在皮亚杰和早期布鲁纳的思想中已经有了建构的思想，但相对而言，他们的认知学习观主要在于解释如何使客观的知识结构通过个体与之交换作用而内化为认知结构。目前我们研究的模型方法就是把研究对象的一些次要的细节、非本质的联系舍去,从而以简化和理想化的形式去再现原型的各种复杂结构、功能和联系的一种科学方法。正在使用的新人教生物课本里有许多体现模型的构建思想，如：《分子与细胞》中的细胞模型、细胞器模型、生物大分子模型、生物膜模型、动（植）物有丝分裂模型和减数分裂中染色体的变化模型等均属于实物模型。而大肠杆菌的结构模式图，细胞器及细胞结构的模式图，分子（氨基酸、多肽、核苷酸、核酸等）的模式图，生物膜系统图解、酶降低化学反应活化能的图解，自由扩散、协助扩散和主动运输示意图，光合作用、有氧呼吸过程图解，《遗传与进化》中显性和隐性基因的字母化，有丝分裂模式图解，哺乳动物（精子）卵细胞的形成图解，DNA复制、转录和翻译的示意图，噬菌体侵染大肠杆菌的实验图解等这些都属于思维模型。《内环境稳态》中也有描述生物种群增长的数学模型（包括公式和曲线，这部分在高中生物教材里有非常详细的介绍）。细胞膜的流动镶嵌学说；酶的作用模型；生物进化理论、细胞衰老假说、中心法则等则是理论模型。以上的实例可以看出：模型构建的思想已经在中学生物课本里频频出现并在很高的层次上做了要求。
二、在了解到模型构建的基础上，要学会运用与独立构建才是最终目标。
1、学习几种常见的模型构建
在教学过程中，我们不仅要利用理想模型、实物模型、数学模型、动态模拟等多种模型构建课堂教学，还应从模型的构建、发展与完善方面来构建课堂教学，多角度、多层次地促进学生认知的发展。模型可使研究对象直观化、简约化，使之便于研究；又可以简略地描述研究成果，使之便于理解和传播；还可以用于计算、推导，延伸观察和实验结论等。因此，应充分地利用模型资源，使抽象的客观具体化，客观问题生动形象化，引导学生进行探究。在实际教学中，我们又不得不面对许多问题，以我们学校现状为例：我校是一所位于县城的中学，学校能提供的条件非常有限，学生也大都来自农村的住校生，所以可以利用的学校资源和生活资源都非常有限，这就需要在艰苦的环境中创造条件。
（1）、以DNA双螺旋结构模型为例学习如何在资源有限的情况下达到学习目标
以下照片来自我校高二年级30班某小组同学动手制作的模型（待修改）之一，除此以外，学生还利用废纸卷成的粉笔大小模样的纸筒间隔排成一排，然后将纸筒的每端2cm处用一长透明胶带粘住成一“软梯”状，两手握“软梯”两端成一定角度旋转就可呈现双螺旋的模型。
图一 DNA双螺旋结构模型
我们大多老师都曾叹息学校的条件太差，导致新课程的很多学生实验不能完成或学生的动手能力得不到锻炼，以上实例可看出：只要老师能充分调动学生的主观能动性也可以在一定程度上弥补客观条件不足的缺憾！
(2)、以细菌增长为例学习构建数学模型
第一步观察研究对象是为了发现问题，探索规律，“细菌每20 min分裂一次”便是通过大量观察和实验得出的规律。这是建立数学模型的基础，在这一基础上运用数学方法将生物学问题转化为数学问题。生命现象和规律往往不是数学化的，这就需要善于从具体现象中抓住其数学本质。第二步合理提出假设是数学模型成立的前提条件，假设不同，所建立的数学模型也不相同。第三步是要运用数学语言进行表达，即数学模型的表达形式。需要指出的是，当呈现为某种数学模型时，教师一定要让学生认识到数学模型所蕴涵的生物学意义，要避免离开生物学讨论数学的倾向，强调指出：数学只是帮助我们认知生物本质的一种工具。第四步是对模型进行检验和修正，这在科学研究中是必不可少的步骤。在理想状态下细菌种群数量增长的数学模型是比较简单的，而生物学中大量现象与规律是极为复杂的，存在着许多不确定因素和例外的现象，需要通过大量实验或观察，对模型进行检验和修正。《普通高中升学考试大纲》明确要求：要重视对考生科学素养的考查，不仅考查学生的基础知识，更倾向于考查学生的能力，即科学的探究方法、获取新知识和处理信息的能力、思维能力、分析和解决实际问题的能力。因此，无论从对学生能力的培养还是高考都需要教师对此足够重视。
(3)、以孟德尔基因分离定律发现过程为例学习构建思维模型
在新人教生物必修二教材中，又提出了一种重要的认知事物本质的方法：假说—演绎法，也是一种思维模型的构建。与旧人教相比，教材的知识组织形式有较大的改变，个人认为也是非常成功改动之一。
图二 假说演绎法模型
在教学时，不应仅仅停留在教给学生“3∶1”的数学结论，而要详细地演绎这个思维模型的推导过。这是一个现象（实验）—假设 （思维模型的初步构建）—实践验证—结论（思维模型的确立）的过程。孟德尔在种植豌豆的过程中，经过数据统计，形成了“3∶1”的思维模型，并在理论上进行推导，来解释这一模型也即是假说的内容。而后，通过再次种植豌豆，有目的地检验模型（在这一点上，尤其要引导学生检验目标），最终确立了模型。这是一个严密的科学建模过程。
2、模型构建在几个方面的应用和意义
(1)、作为一种现代科学认知手段和思维系统，掌握生物模型的构建策略不仅有助于提高教学质量与提升教学能力，而且还可以激发学生学习和主动动手动脑探究知识的兴趣。
（2）、通过模型教学来提高学生的认知能力、分析与解题问题的合作探究能力。
（3）、基于中学生的生物问题解决实践，具有一定的实践指导意义，可为生物教学提供直接的、客观化的结果，方法和模型具有抽象化和具体化的特点。
随着科技进步，模型始终处在不断地“构建—解构—建构”的动态发展过程中。正如同模型的发展一样，模型教学亦应是一个不断发展、修正与完善的过程。使学生认识到模型是一个开放的动态体系。如在进行“生物膜的流动镶嵌模型”教学时，引导学生探讨该模型的不断发展与完善：首先是欧文顿等早期科学家从生理功能入手进行研究，通过实验，在19世纪提出了“膜是有脂质组成的”这一模型；到20世纪，科学家发现细胞还含有蛋白质，而且结合罗布特森在电镜下观察的细胞膜，针对蛋白质的位置，提出了“蛋白质—脂质—蛋白质”的单位膜结构模型。这是对前一模型的解构，也是前一模型的发展。但随着技术的改进和创新，科学家发现膜蛋白质位置多样化，并且由实验得知细胞膜的流动性，于是进一步提出“流动镶嵌模型”，使细胞膜模型从“静态”认知质变到“动态”的认识，这一模型提出，是对原来模型的修正与完善。总之，无论是构建何种模型，都离不开严密的思维和科学探究精神，培养学生模型构建能力在中学课堂教学中是不容忽视的，也是顺利实现新课标下中学生教学目标不可或缺的一个重要环节。
参考文献：
1、《生物学模型教学探析》作者：陶忠华
