探索高中新课程生物模型建构教学

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　　高中生物新课程现已全面实施,在新课程理念下模型方法已经成为高中学生必须掌握的科学方法。人教版必修模块的教材给教师提供了丰富的模型教学资源。在实施高中新课程的过程中,教师应该改变传统的教学模式,创造性地使用这些模型资源,引导学生主动参与知识构建过程,让学生通过动手实践,自主探究去获取知识,提高生物科学素养,实现新课程目标。
　　
　　一、高中生物模型建构教学的理论基础
　　
　　1.关于模型
　　模型是模拟原型的新型体,它是对原型的抽象和概括,它没有包括原型的所有特征,但可以反映原型最本质的特征。模型方法就是通过构建模型来研究原型,模拟原型,它是逻辑方法的一种特有形式,也是现代生物科学研究中的一种重要方法。生物模型建构就是通过一定的物质形式或思维形式来构建生物模型,对生物知识进行研究和模拟,帮助学生理解和掌握生物科学知识,同时为学生认识事物提供一种思路和方法。生物模型主要包括物理模型、概念模型、数学模型、方法模型等。
　　2.普通高中生物课程标准的要求
　　随着科技和教育的发展,模型和模型方法在高中教育教学中的作用也越来越大,美国《国家科学教育标准》把模型和科学事实、概念、原理、理论并列为科学主题的重点,并将构建、修改、分析、评价模型作为高中学生的基本科学探究能力。我国《普通高中生物课程标准》依据国际科学教育的发展把模型方法列为基础知识的范畴,明确提出“要让学生领悟生物科学理论或模型的科学美”,并把它规定为高中学生必须掌握的科学方法之一。在人教版必修模块中安排了多个模型建构的内容。在新课程理念下,教师在教学过程中若能用好模型建构方法,对实现新课程目标、提高生物科学素养会有很大帮助。
　　3.建构主义学习理论的观点
　　建构主义学习理论认为:学习是学习者主动建构内部心理表征的过程,其核心是:“知识是通过主体积极建构的,而不是被动接受的。”建构主义理论下的学习效果不是取决与学生记忆课堂讲授内容的多少,而是取决于学生通过主动建构获取知识和能力的程度。模型建构教学就是在教师引导下,让学生在一定的情境中通过自己动手,构建物质模型或思维模型来学习生物知识,体验生物科学研究方法。因此,在模型建构教学活动中是以学生为主体,以建构模型为主线,让学生在真正做的过程去探索、交流、学习。它重视学习过程的主动性和建构性,强调学生以个人的学习经验、心理结构来建构对于新事物的理解,从而获取新知识,掌握解决问题的方法和技能。
　　
　　二、高中生物模型建构教学的实践
　　
　　1.建立血糖平衡调节的模型
　　血糖平衡的调节是一个比较抽象但又很重要的教学内容,过去靠教师讲授,学生背诵的形式进行教学,学生学习积极性不高,难理解、易忘记。笔者尝试通过模型建构进行教学,让学生动手模拟血糖平衡的调节,然后根据学生自己的理解,构建抽象的图解模型,从而掌握血糖平衡调节本质。
　　第一:创设模型建构的情景。建构主义理论认为建构知识应该在一定的情景下进行,教师应该为学生的意义建构创设情景。因此,本节课首先安排一个问题探讨:马拉松运动员在长跑过程中血糖是否降低?这个问题激发了学生的探究欲望,学生表现出较高的学习兴趣,创设了乐于主动探究的情景。
　　第二:学生分组,模拟胰岛素和胰高血糖素的作用。学生明确了胰岛素能使血糖转变为糖原,从而降血糖,胰高血糖素使糖原转变为血糖使血糖上升,为血糖调节模型的建构奠定知识基础。
　　第三:小组成员明确胰岛素卡,胰高血糖素卡,糖卡的使用方法,并确定好分工,三位同学合作模拟饭后和运动时的血糖调节,建立血糖调节的简化模型。学生通过亲自动手操作,领会两种激素对血糖平衡的调节。
　　第四:学生提供情景,各小组派代表组成新的小组上台模拟血糖调节情况,其他同学从这些同学的模拟过程中发现问题,并及时分析解决。
　　第五:表达与交流,各小组代表交流模型构建的过程和结果,培养表达能力。
　　第六:抽象概括。各组把模型构建中获得的感性知识,通过一定的思维加工,抽象出血糖调节的最本质特征,分组建构出血糖平衡调节的图解模型,形成血糖平衡调节的概念模型。
　　通过血糖调节模型的建构活动,引导学生通过思考、合作、讨论,根据自身的知识经验主动地去建构模型,培养和提高学生的合作、表达能力。学生通过这一建构活动,体验到学习的乐趣,更好地理解人体对血糖平衡的调节,加深了对体内激素进行生命活动调节的本质的认识,明确了模型建构的方法和意义,培养和发展思维能力和抽象概括能力。
　　2.制作DNA双螺旋结构模型
　　DNA双螺旋结构是沃森和克里克在吸取了当时许多科学家的研究成果的基础上通过探究建构模型的方法建立起来的。其中渗透着科学研究的方法和科学家勇于探索的科学精神。在教学过程中如果能让学生沿着科学家的探究历程,亲自去体验DNA结构模型的建立过程,有利于学生科学素养的培养,因此笔者在教学中进行了以下的尝试。
　　第一:引导学生先对研究的对象进行分析,将复杂的DNA双螺旋结构加以简化,明确要建立DNA双螺旋结构模型应该先明白DNA的组成单位。
　　第二:提供科学研究背景。提供DNA分子的X射线衍射图,由此分析得出DNA结构模型的基本单位――脱氧核苷酸(磷酸、脱氧核糖、四种碱基),DNA分子是链状、螺旋结构,给学生提供一个科学家探究的学术背景。
　　第三:尝试分步骤建立模型。从抽象过渡到具体,选择材料,先尝试建立一分子脱氧核苷酸模型,然后尝试建立一段脱氧核苷酸链模型。最后根据科学家研究的资料,分析两条脱氧核苷酸链的连接方式,明确碱基配对原则,建立一段能反映DNA双螺旋结构本质特征的DNA片段模型。
　　第四:综合与讨论。对不同小组建立的DNA模型进行比较、分析,得出磷酸脱氧核糖、碱基正确的连接方法,以及脱氧核苷酸与脱氧核苷酸的连接,最后分析DNA双链结构的连接特点。综合全班模型建构结果,引导分析一段脱氧核苷酸链中脱氧核苷酸排列顺序的多样化,讨论DNA分子结构模型的多样性,明确DNA双螺旋结构本质特征。
　　第五:体会科学精神,领悟科学研究方法。学生经历这些探索建构活动之后,引导学生对科学家的探究历程进行反思和总结,谈谈建构过程对自己的启发,得出科学研究的一般过程。
　　通过学生亲自体验DNA双螺旋结构模型的建构过程,既调动了学生的积极性,又让学生在掌握生物知识的过程中领会了科学家取得重大成就的科学研究方法。学生经过分析、综合、表达、交流能发现科学研究的关键,形成对待科学问题正确的态度,培养科学精神。
　　
　　三、生物模型建构的教学价值
　　
　　1.提高学生生物学学习兴趣
　　兴趣是最好的老师,教学效果不仅和学生的智力水平有关,更重要的是和他们对这一学科的学习兴趣有关。心理学认为:学生对学科内容产生浓厚的兴趣,就能对学习产生强大的内驱力。模型本身展示给学生的是非常直观、生动的印象,它使静止的文字变得“活跃,生动”,是非常吸引学生,能够激发学生学习兴趣的感性材料。在应用模型方法进行教学的过程中,不是教师硬性灌输给学生知识,而是让学生在学习的舞台上亲自去想象,动手去构建模型。在进行人教版必修2“减数分裂过程中染色体变化”的教学时,引导学生用橡皮泥构建染色体、姐妹染色单体的模型,明确染色体、姐妹染色单体的概念关系,学生通过小组合作,用橡皮泥构建“减数分裂过程中不同时期的染色体变化模型”。学生通过讨论、观察、自己动手操作,更好地理解减数第一次分裂前期同源染色体联会,形成四分体;后期同源染色体分离,染色体数目减少一半等减数分裂各个时期染色体变化的特点。学生在做模型的过程中学习生物知识,激发学生的学习兴趣,促使学生为之愉悦、兴奋,同时体验到建构探究成功后的喜悦感、自豪感。
　　2.实现自主、合作学习方式
　　高中课程改革的重要突破口之一是转变学习方式,由过去被动的学习方式变为自主的学习方式,完成由以教师、知识为中心,向以学生发展为中心的转变。生物模型的建构是学生进行动手实践、自主探索、合作交流学习的有效方式。
　　模型的建构往往是在一定的情景中通过学生的自主学习来完成的。进行人教版必修1“生物膜结构模型”的教学时,先给学生提供这样的教学情景:科学研究发现,脂溶性物质极易通过细胞膜,并且细胞膜易被脂溶性溶剂所溶解;细胞膜易被蛋白酶水解。分析得出细胞膜的主要组成成分是蛋白质和磷脂。然后教师鼓励学生大胆想象,尝试建构磷脂在空气和水面的排列方式,以及它们是如何构成细胞膜的,给学生提供充分的自主学习的空间和时间,并引导学生并不断修改自己构建的模型,引导和促进学生主体性发展。教师在放手让学生独立思考、自主建构的基础上组织全班同学进行合作交流。通过交流合作使学生能从不同的角度去思考问题,能对自己和他人的成果进行反思,在合作交流中相互启发、共同发展,培养合作精神和参与意识。在模型建构的课堂中有一种和谐、宽松的学习氛围,教师成为学生学习活动的引导者、组织者,学生真正成为学习的主人。
　　3.授之以渔,让学生会学
　　俗话说,“授人以鱼,只供一饭之需;教人以渔,则终身受用无穷。”因此教学中教会学生学习,是以学生为主体的新课程理念的体现。进行人教版必修2“单倍体、二倍体、多倍体,染色体组”的概念教学,通过模型的形式展开教学,先建立果蝇体细胞染色体模型,然后建立一个染色体组、二倍体、多倍体、单倍体模型。这些概念以往学生容易混淆,通过模型建构不但能够帮助学生真正理解这些概念之间的联系和区别,而且让学生主动参与知识的提炼过程,学会了概念模型的建构方法,认识到可以通过模型来进行比较、总结,找出知识点间的联系和区别,提高学习能力。
　　新课程强调在促进每个学生身心发展的同时,培养学生终身学习的愿望和能力,让学生由“学会”转变为“会学”。生物知识点多,有一些概念容易混淆,通过引导学生根据生物知识的本质和内在联系,建立概念模型,能够帮助理解生物知识间的联系,做到整合知识,从多角度来认识相关生物知识,让学生会学、善学。
　　课程实施是新一轮课程改革能否取得成功的关键,教师作为新课程的实施者,应该转变观念,重视模型思维和建构模型能力的培养,创造性地使用教材,设计适合学生自主建构模型的教学过程,引导学生主动思考、探索,让学生在模型建构的过程中学习、发展。
　　(责任编辑:陈 欣)

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