运用模型方法开展生物学课堂教学，本文主要内容关键词为：课堂教学论文,生物学论文,模型论文,方法论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
文件编号：1003-7586(2008)03-0018-02
建构模型的方法，是高中课程标准和教材对学生提出的科学方法和探究能力的要求。在高中阶段生物学课程的学习中，学生会不断接触到各种类型的模型建构，对模型方法会有比较全面的学习和理解。教师在课堂教学中充分运用模型及其方法，会促使学生知识、能力、情感态度和价值观的发展。
1 模型及模型方法的概念界定
模型是人们为了某种特定目的而对认识对象所作的一种简化的概括性的描述，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。模型的形式包括物理模型、概念模型、数学模型等。以实物或图画形式直观地表达对象的特征，这种模型就是物理模型。沃森和克里克制作的著名的DNA双螺旋结构模型，就是物理模型，它形象而概括地反映了所有DNA分子结构的共同特征。
模型方法是以研究模型来揭示原型的形态、特征和本质的科学方法。客观事物、现象和过程之间存在的相似性是模型方法的客观依据。模型方法具有可对时过境迁的自然现象进行研究，将自然现象放大或缩小等优点。具体地说，模型方法就是把研究对象的一些次要的细节和非本质的联系舍去，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。作为一种现代科学认识手段和思维方法，模型具有两方面的含义，即抽象化和具体化。
2 运用模型方法教学的意义
2.1 促使学生更好地掌握生物学知识
首先，模型是学生学习科学知识的重要手段。学生掌握了模型方法就能更透彻地理解科学知识。以“成熟植物细胞发生渗透作用”的教学来说，先从化学渗透装置及渗透现象的分析入手，通过分析明确渗透作用发生的条件，再分析成熟植物细胞的结构，通过“简化”(也是一种模型化)细胞结构并类比，进而推理出“成熟植物细胞相当于一个渗透系统”。而这一渗透系统在不同浓度的溶液中将发生怎样的变化呢？先让学生构建成熟植物细胞质壁分离和复原的模型，提出可能发生的变化。再让学生设计并实施验证推理的实验，全面地考虑材料和试剂的选择、方法与步骤、可能出现的结果及其原因分析等。最后跳出课本，运用模型去解决农作物施肥等实际问题，使理论又回到实践中去。这种以模型方法为主旋律的设计符合学生认知规律，促使学生更好地掌握生物学知识。
其次，模型方法作为思维方法蕴涵着很高的认知价值。学生一旦将模型方法内化为自己的认知图式，就能获得认知水平的跃进。将学生的认知水平逐步从具体向抽象过渡，抓住原型的本质特征，对原型进行抽象，把复杂的原型客体加以简化和纯化，并对抽象的假设或命题进行逻辑转换，以构建一个能反映原型本质联系的模型。这种既能联系具体，又能联系抽象的性质，正是模型所特有的。模型一方面提供了这种教学情境，同时，又使学生在这种从具体到抽象的认识过程中发生认知冲突，从而促进认知水平的发展。如“基因的自由组合定律”一节教学，可以根据“观察两对相对性状遗传的现象→寻找两对相对性状遗传的特征，建立解释基因自由组合假设模型→用测交实验检验模型(求证的方法包括理论的推导、实验验证和实物查证等三种方法)→运用自由组合模型解释其他的生产、生活中的遗传现象”的教学程序展开教学。其中的自由组合假设模型是沟通自由组合定律和现实(现象)的桥梁。然后以一对等位基因的遗传为基础，让学生理解含一对等位基因的杂合体产生的配子种类、子代基因型及表现型的种类和比例，然后借助遗传图解和概率计算，推理出两对位于非同源染色体上的非等位基因的遗传结果，最后抽象出含n对等位基因(位于n对非同源染色体上)的杂合体的遗传结果(见表1)。
2.2 有助于培养学生的创造性思维能力
在模型方法教学中，寄希望于把模型方法的要素概括出来，形成系统的方法学知识向学生讲授是不切实际的。如在生态系统的功能的教学中，学生对能量金字塔的理解只是局限于课本的理性阐述，而且在实际运用中学生所碰到的不仅仅是能量金字塔，还有生物量金字塔和数量金字塔等。这些生态金字塔是千变万化的，给学生的理解造成了阻碍。如果能用模型方法展开教学，则效果斐然。教师借助电教手段展示陆地生态系统和湖泊生态系统两组生物体干重的系列数据，让学生先根据营养级筛选、统计数据，并绘出生物量金字塔模型。当学生比较两种生态系统的生物量金字塔时，产生了困惑，陆地生态系统的生物量金字塔典型，而湖泊生态系统的则呈现倒金字塔。利用模型构建中产生的冲突组织学生讨论倒金字塔模型中“倒”的原因所在，最后得出结论：微型藻类世代期短，繁殖速度快，只能积累少量有机物，且浮游动物对它们的取食强度大，加之浮游植物个体小，含纤维素少，因此可整个被下一营养级的浮游动物所吞食消化，并迅速转化为下一营养级的生物量，因此生产者的表观生物量很小，形成了倒金字塔。如果不运用模型方法展开教学，则其关键和奥妙之处是不能外显的，创造性思维能力难以得到培养和提高。
2.3 培养学生的探究能力
模型方法教学对于学生探究能力的培养有着独特的作用。模型的建立要根据研究的任务、目的抽象出被研究对象的本质特征，舍去许多次要的细节和非本质的属性，把要研究的现象、问题从纷繁复杂的交错关系中明确、清晰地显示出来，使问题得以简化和明确化，并制订出解决问题的程序，从而充分地发挥思维的能动作用，达到认识原型的目的。模型的建立过程就是一个科学探究的过程。在这一探究过程中，需要学生自己确定对象，设置已知与未知，运用科学规律，选择研究方法，检验模型是否与实际一致。从这个层面看，构建模型的目的就不只是停留在模型本身的结构与性质的探索上，而是上升到科学能力发展的高度，这对学生探究能力的培养是很有好处的。在教学细胞膜的分子结构及结构特点时，根据生物课程标准中相关内容的要求，在课堂上先通过多媒体展现以下一组科学家的实验材料：
材料1：1895年，英国细胞生理学家奥弗在研究各种未受精的卵细胞的通透性时，发现脂溶性的物质很容易透过细胞膜，而不溶于脂肪的物质穿透则十分缓慢。
材料2：1925年，美国的高特和戈来德尔使用几种哺乳动物的红细胞，用丙酮提取出红细胞膜上的磷脂，并将它在空气和水的界面上铺成单分子层，发现这个单分子层的面积相当于原来红细胞表面积的2倍。
材料3：通过表面张力的试验发现，细胞的表面张力比水与油之间的表面张力要小得多。有人在脂肪和水的模型中加入极少量的蛋白质，结果表面张力就降低了很多。
这时引导学生根据材料讨论。学生提出了根据相似相溶原理，细胞膜中含有脂类；细胞膜是由两层脂类分子组成的；细胞膜不单纯由脂类构成，可能还含有蛋白质。当自己的结论和科学家的相同时，学生都沉浸在科学发现的惊喜之中，他们仿佛亲身经历了这场探究。这样细胞膜的双层结构模型就牢牢地植根于学生的脑海中。然后通过多媒体展现另一组材料：
材料1：回忆白细胞是如何吞噬病菌的？变形虫的运动及摄食过程如何？
材料2：介绍科学家的“人鼠细胞融合实验”。用不同的荧光染料标记的抗体分别与小鼠细胞和人细胞的膜抗原相结合，它们能分别产生绿色和红色荧光。将这两种细胞融合成一个细胞时，开始一半成绿色，一半成红色，但在37℃下保温40 s后，两种颜色的荧光点便均匀分布了。
引导学生讨论并建立细胞膜的流动镶嵌模型。此时结合例题，把建立起的模型外推到原型上，学生学会了知识的迁移和应用，提高了解决问题的能力。
2.4 培养学生的科学精神、态度和价值观
模型的建立需要学生有严谨、诚实的科学态度和坚韧不拔的意志。因此，模型的建立可培养学生的科学态度和精神。其次，运用模型方法教学不仅可使学生产生跃跃欲试的感觉，对学习产生兴趣和需要，同时借助模型进行研究时，考虑到生命活动规律的复杂性和模型的局限性，及时对模型修补校正，这样又能促进学生树立辩证唯物主义的观点。
在教学DNA双螺旋结构时，美国生物学家沃森和英国物理学家克里克，于1953年4月25日在英国《自然》杂志上登载的一篇论文《核酸的分子结构——脱氧核糖核酸的一个结构模型》，在科学界引起了极大凡响。他们从真正接触DNA结构的研究，到提出DNA双螺旋结构，只用了不到两年的时间，他们有大胆假设、虚心求教、百折不挠的精神和不断汲取新知识的良好品质。他们精选多种科学方法(主要采用模型方法)是成功的主要途径。只有在科学教育中把科学精神和人文精神的培养结合起来，从人文价值的视野中来逐步看待和理解科学，才能使学生的身心得到全面的发展。