高中生物学模型模拟类实验的教学，本文主要内容关键词为：生物学论文,模型论文,高中论文，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。
模型、建模活动以及基于模型的推理被认为是科学家思维的三个核心要素[1]。《普通高中生物课程标准（实验）》在课程目标部分对模型具体内容标准和活动建议列出了“尝试建立真核细胞的模型”、“尝试建立数学模型”、“制作DNA分子双螺旋模型”等内容。在高中阶段开展相关实验不仅可以加深学生对知识的理解和记忆，而且可以激发学生探索的欲望和创新的意识，培养学生的批判性思维，体验合作学习和动手操作的乐趣。在人教版高中生物学教材中，有模型类实验7个，模拟类实验4个。其中，模型类实验包括构建结构模型、功能模型、数学模型、实体模型等；模拟类实验则包括现象模拟实验、过程模拟实验、仿真模拟实验、探究模拟实验。本文以教材为基础，将模型类实验和模拟类实验合在一起进行了教学研究。 一、模型模拟类实验的特点 1.将抽象的知识形象化、复杂的知识简单化 学生在学习孟德尔分离定律时，他们对于肉眼看不见的遗传因子始终觉得抽象难懂，进而对于性状分离比的产生理解起来也比较困难。在教学中可采用小球抓取的方法来模拟分离定律，通过数据统计就能让学生清晰地了解性状分离比产生的原理及规律。再如，学生开始学习自由组合规律时，感觉难度特别大。对此可构建减数分裂中染色体数量变化模型以及染色体与基因关系模型，比较直观地解释由于同源染色体的分离导致等位基因的分离，而由于非同源染色的自由组合导致非等位基因的自由组合，进一步说明这两个规律的实质。 2.将无法直接观察或操作的实验变得可以观察、可以操作、可以展示 “尝试制作真核细胞的三维结构模型”将学生无法直接观察或在电镜照片中看不清楚的细胞亚显微结构通过构建模型的方式立体地展现出来，而且这种构建过程是由学生亲自完成的，这种认知体验是单纯看图片所无法获得的。因此这种构建模型以及在此基础上的模拟活动不仅能够加深学生对相关知识的理解，还可改变学生的学习方式，提高学生的学习兴趣和积极性。同时，还可培养合作学习的意识和学生的动手能力。 模型模拟类实验的本质是类比思维，看似比较简单的操作，实质上蕴含十分丰富的思维推理过程。因为在构建模型和进行模拟操作时，首先要选择和建立研究对象的模型，将原型和模型进行比较，选择两者本质上相同或相似的原理，设计出与原型相似的模型，然后将模型置于与原型相似的条件下进行实验，将模拟实验的结果类推到原型，进而检验或发现实验规律。例如，“模拟基因工程的操作步骤”实验中，操作技能显然不是重点，而操作过程中运用的类比思维才是实验的重点所在。 另外，模型模拟类实验也有不足之处，例如准确度不高，制作模型比较困难；实验中难以完全表现真实情境；在制作模型或进行模拟实验时，还会造成学生误解，将模拟的情况当成真实的情况等。 二、模型模拟类实验的教学目标分析 从对模型模拟类实验的分析可以看出，模型模拟类实验不同于真实实验，学生在真实实验过程中能学到实验方法和技术，训练实验技能，而模拟实验主要训练学生的思维活动以及通过这种思维活动获取相关知识。因此，在教学中此类实验的目标主要包括以下三个方面： 1.指导学生学会构建模型（过程方法目标） 确定原型之后，要依据原型的特点，按照相似性原理并运用类比推理，选择或建造与原型有结构上相似或功能上相似的事物作为实验模型。选择和构建相似模型是模拟实验的一个极为重要的环节，因为模型与原型之间相似程度越高，则将模型的性质类推到原型上的可靠性就越大。例如，“设计并制作生态缸，观察其稳定性”实验就是如此。可让学生通过模型建构和模拟操作培养探究问题的思维能力，提高科学素质。 2.在构建模型和模拟操作的过程中，体验其中的思维过程和知识要领（知识目标） 要将模型置于与原型相似的条件下进行，才能从模型上获得可靠而有效的信息，并能类推到原型上去。例如，“生物体维持pH稳定的机制”实验中，生物材料原浆就是与原型（细胞外液）最为相似的模型，由此所获得的信息也是最为真实可靠和有效的，有利于真正认知和切实理解生物体维持pH稳定的机制。 3.鼓励学生创新和体验动手合作的愉悦（态度情感目标） 倡导学生分组合作，共同完成模型制作和模拟操作过程，而且无论学生用什么材质制作模型、无论模型制作成什么样，都要给予鼓励和赞美，使学生充分体验实验的快乐，建立学习的自信心。 此外，应当让学生认同建模的过程是一个动态的认知过程，任何模型都不是尽善尽美的，而应不断修正和完善。例如，由于生物膜的流动镶嵌模型不能够解释红细胞的双凹碟形结构，科学家进而又提出膜的液晶结构模型，而这一领域要涉及物理和数学等其他学科知识[2]，价值观的教育自然渗透其中。 三、模型模拟类实验的教学重点难点分析 由模型模拟类实验的教学目标分析可知，此类实验的教学重点是训练学生的思维活动以及通过这种思维活动获取相关知识。例如，“尝试制作真核细胞的三维结构模型”的教学重点是通过该实验模型的制作，理解识记真核细胞的结构和功能，以及结构和功能的联系等，而不仅仅是制作出真核细胞的三维结构模型；“建立血糖调节模型”其重点不是纸牌的制作和模拟活动，而是帮助学生建立血糖平衡激素调节机制的概念，如反馈调节、协同作用等。 模型模拟类实验的教学难点是由实验自身的特点决定的。首先，由于实验模型的构建一定要相似于原型且能代替原型，要具备简明、切题、精确的特点，这就使构建模型成为此类实验的教学难点。例如，在生物膜的流动镶嵌模型制作、展示和分析中，教师首先要指导学生回顾生物膜流动镶嵌模型的突出特点，把握原型的主要特征，然后引导学生分析模型如何才能更为贴近原型，以及材料和制作过程对模型形象的影响程度，从而选择制作模型所需的适合材料。如流动性的体现可用磷脂分子尾部的弯曲、磷脂分子移动、翻转来体现；蛋白质的多样性可用大小、颜色、嵌入方式不同的材料来体现等等。其次，对模型构建过程中引申出的一系列问题也要引导学生深入思考，例如，针对学生在制作模型的过程中会思考膜结构与功能的联系，提出“膜上的蛋白质可能有怎样的功能？”等问题。膜流动性对物质运输、细胞识别、细胞免疫、细胞分化与信息传导等功能有什么样的影响，是此类实验的另一个难点。此外，教师不能代替学生来构建模型，应当通过典型实例让学生明确构建模型的一般方法，然后放手让学生去完成整个过程，而这个过程的引导，又是实验教学较为困难的地方。如样方法估算种群密度，教师可给学生一张图纸，学生进行模拟的种群密度估算，分组讨论后汇报。期间需要教师一步步引导，如估算法的好处、样方大小、样方位置的选取等等，最后归纳总结，得出样方法的步骤及注意事项。 四、模型模拟类实验的教学方法分析 模型模拟类实验的教学在方法上主要应关注以下五个基本步骤： 1.把握原型的主要特点和活动规律 这是构建模型的基础，也是构建模型和模拟操作的目的。例如构建物理模型就要熟悉所构建对象的结构组成和空间构象。当要“利用废旧物品制作生物膜模型”时，首先要熟悉生物膜的基本结构及其主要特点；要“建立减数分裂中染色体变化模型”就要首先知道减数分裂过程中染色体数目的变化规律等。 2.选择和建立研究对象的模型 这是此类实验的难点。首先是模型种类的选择，这同认识对象本身的特点密切相关：结构研究比较适合用物理模型；过程、机理等的研究适合用概念模型；定量的研究适合用数学模型等。其次是选取合适的构建材料，选材的原则包括：相仿、方便、实用、简易、醒目易识记等。在确定适当的模型及构件的比例和大小后，先制作模型的构件，然后对照原型将构件组装成模型。 3.将模型置于与原型相似的条件下进行实验 这是此类实验成功的关键。例如，“模拟性状分离比实验”验证分离规律其必要条件是投入甲桶中标有D和标有d的彩球数量相等（如各10个）且一定要混合均匀，随机抽取，模拟原型中等位基因存在的状态、产生不同类型配子的比例和随机分配到配子中去等。 4.将模拟实验的结果类推到原型上 这是此类实验成功的标志。例如，制作的生物膜模型是如何体现其流动性的？如何体现其选择透过性的？如何体现其信息交流功能的？等等，如果制作的模型很好地体现了细胞膜的结构和功能特点，那么这个模型就是成功的，反之，就需要加以改进。 5.模型或模拟实验的展示 这既是多方评价、修改提高的过程，也是学生展现风采、培养自信心的过程。 在实验过程中，学生可能会提出一些富有创造性的想法，教师不可急于否定，应充分考虑其可行或不可行之处，也可组织学生讨论，让其他学生去评价，以达到培养学生的批判性思维的目的。标签：相似原理论文;