逍遥右脑 2014-05-08 12:56
摘要：模型是人们为了某种特定目的而对认识的对象所做的一种简化的概括性描述，这种描述可以是定性的，也可以是定量的。模型的种类很多,包括物理模型、概念模型和数学模型等。模型的建构改变了传统的教师满堂灌局面，加强了师生间的互动，体现了新课程改革的理念。
关键词： 生物学模型 模型建构 模型类型
生物科学是研究生命现象和生命活动的科学。对生命研究从现象到本质，从定性到定量，使各种生命现象和生命活动从朦胧的神秘中逐渐展露清晰。高中生物教材选择了生物科学中的核心、运用广泛与社会密切关联的知识，在教学过程中微观、复杂的内容给学生和教师会带来一定的困难。在生物学研究中，由于种种原因，不能直接对研究对象进行实验时，可以用模型代替研究对象来进行实验。生物研究中运用的模型方法同样也可以运用在教学中，改变课堂枯燥和乏味，激起学生探究生物科学的兴趣，培养学生理性思维、动手能力以及团队合作精神。
模型是人们为了某种特定目的而对认识的对象所做的一种简化的概括性描述，这种描述可以是定性的，也可以是定量的。有的借助于具体的实物或其他形象化的手段，有的则通过抽象的形式来表达[1]。这种运用模型解释复杂的研究对象的方法称之为模型方法。
1.高中生物模型的分类
模型的种类很多，人民教育出版社出版的高中生物《分子与细胞》提出模型的形式包括物理模型、概念模型和数学模型等。其他也有将模型归纳为物质模型和思维模型两大类[2]。以下以人教版的分类逐一介绍高中生物中的生物模型。
1．1物理模型 以实物或图画形式直观地表达认识对象的特征，这种模型就是物理模型。包括天然模型和人工模型。
1．1．1 天然模型 在生物研究中会利用动物来替代人体进行实验，在生物课堂上也就可以从自然环境中选择动物或植物体来对照说明研究对象结构或特征。例如：细胞的结构包括细胞膜、细胞质和细胞核。可以选用桃形象说明其结构分布，果皮是最外层的细胞膜，果肉代表细胞质，果核与细胞核比较类似，包括了核膜和核仁。
1．1．2 人工模型 由专业人士、教师或学生以实物为参照的仿制品。放大或缩小实物，但真实反映研究对象的特征或模拟表达生命过程。例如：沃森和克里克制作的DNA双螺旋结构模型、北京自然博物馆展出的细胞模型、北京某中学制作的细胞模型。除立体的三维物理模型之外，在平面上用简化的图形表示研究对象也是一种物理模型，这种图象直观的体现各类具体对象的总体特征以及运动历程。例如：动植物细胞模式图、细菌结构模式图、分泌蛋白合成和运输示意图等[3]。
1．2 概念模型 通过分析大量的具体形象，分类并揭示其共同本质，将其本质凝结在概念中，把各类对象的关系用概念与概念之间的关系来表述，用文字和符号突出表达对象的主要特征和联系。例如：用光合作用图解描述光合作用的主要反应过程，甲状腺激素的分级调节等。
1．3 数学模型 数学模型是用来描述一个系统或它的性质的数学形式。对研究对象的生命本质和运动规律进行具体的分析、综合，用适当的数学形式如，数学方程式、关系式、曲线图和表格等来表达，从而依据现象作出判断和预测。例如：细菌繁殖N代以后的数量Nn=2n，孟德尔的杂交实验“高茎：矮茎=3：1”，酶活性受温度影响示意图等。
2.高中生物模型的建构
模型的建构在高中生物课程中逐渐突出他的重要地位，建构者由教师为主导地位逐渐转变成以学生为主。建构模型是在原型的基础上从具体到抽象的过程，不同类型的模型建构原则、方法和过程各不相同，成功建构一个模型对于单个学生有一定难度。教师适时给予指导，引导学生组队合作完成。
2．1 物理模型的建构
2．1．1 建构原则
⑴ 科学性 物理模型要尽可能真实、形象的反映研究对象。根据实物的形状、颜色、大小的比例以及特征来制作，体现出实物的自然顺序和自然位置。例如：选择作为细胞膜的材料，备选的有塑料袋、普通布和弹力布，三种材料哪一种更适合，显然是弹力布更符合细胞膜具有一定的流动性这一特征。
⑵ 实用性 在比较短的时间内（生物课堂上）完成一个物理模型，首先要考虑可行性，选择简单而又有针对性的模型，否则一个过于复杂的模型，达成度不高会使学生积极性下降，起不到模型建构的目的和效果，操作要方便，组装和拆卸容易，并能反复利用。
⑶ 简易性 模型建构材料时选择容易获得价格便宜材料或者废弃物的再利用，培养学生的价值观，形成良好的节约意识。
⑷ 美观性 在以上原则之后同样也要考虑模型的美观，以及保留价值，并引导学生不断完善模型。
2．1．2 建构过程
物理模型主要是人工模型的建构主要包括以下几个步骤：
⑴选定建构模型的对象，分组收集相关资料，讨论分析模型的特征，初步设计方案。
⑵选择模型建构的材料。
⑶针对材料细化方案中各个步骤，确定模型制作的实施过程和具体分工。
⑷按照分工制作各部分配件，然后将配件组合。
⑸对照设计方案，处理细节以及修补存在的缺陷，完美模型。
⑹与其他各组交流比较，作出合理评价。
2．2 概念模型的建构
概念模型的建构主要是体现各个概念之间的关系，《分子与细胞》在第一个单元的自我检测中提出了概念图。概念图就是用概念、连接以及表示概念间关系的连接词来组织和表征知识的工具。有时在概念之间除了关系词之外还有一些简单的符号（+、—）加以说明。画概念图就是概念模型建构的过程。概念图只要是以综合或分层的形式表示概念之间的相互联系，通常关于一个主题或是一个章节内容都可以用概念图的形式表示。画概念图大致以下步骤：⑴ 首先确定主题，或复习章节。
⑵ 整理相关概念，梳理概念定义和联系。
⑶ 将概念置于一定的位置，用箭头连接。
⑷ 在连接之间用连接词表示关系。
在多媒体教学逐渐普遍情况下又可以借助多媒体动画实现由静态向动态的转变，演示光合作用物质变化过程等。
2．3 数学模型的建构
数学模型的建构一般主要包括五个步骤：
⑴ 模型准备──研究对象，提出问题
⑵ 模型假设──根据问题，提出假设
⑶ 模型建立──根据实验数据，用适当的数学形式对事物的性质进行表达
⑷ 模型的检验──通过进一步实验或观察，对模型进行检验或纠正
⑸ 模型的应用──通过建立的模型对相关现象判断和预测
3.模型建构的意义
模型建构从具体到抽象，不同的模型建构在教学中表现出不同的效果。物理模型可以帮助学生熟悉对象的各个特征、微观结构的位置以及相互关系又或者可以在演示模型过程中掌握生命现象的本质，如有丝分裂的意义是染色体复制后平均分配到两个子细胞中，保证了亲代与子代遗传的连续性。由于物理模型操作简便，形象并且可以多次重复加深印象。而物理模型建构的同时训练了学生的动手能力和立体形象思维。概念模型的建构把原本零碎的生物学知识归纳到一起，构成彼此联系的知识网络，简单的概念又蕴涵了丰富的信息有便于复习教学的展开，同时也有利于学生的复习记忆，对知识的归纳和综合能力会有进一步的提高。目前，概念图评价已经在学生评价中展现优势，一般出现的题型有：填空式、据图答题型和构建型。数学方法的介入使人类对自然界有了更多的认识，从数学角度探索生命的奥秘。通过各种数学形式对生命现象量化，运用逻辑推理求解和运算达到对生命现象进行研究的目的。学生通过自己的努力建构数学模型可以引导挖掘逻辑和推理能力。
模型的建构改变了传统的教师满堂灌局面，加强了师生间的互动，体现了新课程改革的理念，但是要注意的是在教学中注意模型的建构不是放手让学生游戏或是当成制作一个工艺品，应该有目的、有组织的进行才能收到比较满意的效果。模型建构可以体现了师生的共同智慧，在今后的课堂中要不断改革和创新。
参考文献：
[1] 朱正威 赵占良 主编 普通高中课程标准实验书生物3稳态与环境 教师用书， 2007 ． 北京：人民教育出版社，40～41
[2] 陶忠华 2006 生物学模型探析 生物学教学，31（8）：17～18
[3] 朱正威 赵占良 主编 普通高中课程标准实验书生物1分子与细胞， 2007 ． 北京：人民教育出版社，54～55