新版高中生物模型教学的研究进展汇编 摘要:目前,新教材改革的一个亮点是许多生物学的概念、原理、过程都运用模型建构的方法来展示并解决问题。模型方法作为一种现代科学认识手段和思维方式,所提供的观念和印象,不仅是学生获取知识的条件,而且是学生认知结构的重要组成部分,在高中生物教学中有着广泛的应用价值和意义。 关键词:高中生物;模型;教学;研究现状 当代素质教育观认为:传授给学生知识,不如传授给学生学习知识的方法。当代科学课程不仅重视知识纬度目标的实现,更加重视能力和情感目标的落实。在众多的科学方法中,模型及模型方法作为一种现代科学认识手段和思维方法,它所提供的观念和印象,不仅是学生获取知识的条件,而且是学生认知结构的重要组成部分。不仅如此,模型以其所具有的描述、解释和预测等功能在科学研究中也具有较大的价值。目前教学中非常倡导的探究性教学,是使学生在体验与创造中学习,认识外在世界,在潜移默化中实现知识、情感、态度与观念的变化和发展。在教与学的过程中,运用模型可极大地促进研究性学习活动的开展,并使学生在模型建构和模型运用中体会探究的乐趣。 21世纪生命科学发展日新月异。高中教学中生物课程的地位也在不断提高。模型及模型方法在生物教学中同样有着广泛的应用价值和意义。美国国家科学教育标准中明确把模型和科学事实、概念、原理、理论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;我国教育部202x年颁布的普通高中生物课程标准中,也明确将获得生物学模型的基本知识作为课程目标之一,并在内容标准或活动建议部分作了具体规定。这是我国中学生物学课程发展历史上第一次如此重视“模型”。 一、国内对模型教学研究现状 模型是把原型经过一定程度的简化或抽象后,对其本质的体现。教师在讲授抽象知识或者肉眼无法看到的物体时一般会借助挂图、实物模型等,因而这些形式的模型早在建国初已经在教学中得到应用,也有不少企业专门生产实物模型供教育系统应用。然而对模型及模型教学相关理论的研究历史却不长,其主要原因是一直以来,教育工作者对模型在实践中应用的价值不明确。自从研究性学习概念提出以后,模型的重要性引起了教育工作者的重视。 对于模型的定义,中国学者张琼等在其著作科学理论模型的建构中提出:模型有狭义和广义之分,狭义的模型指与某一对象具有相似性的系统;科学理论模型有物理模型和数学模型之分。孙小礼等认为科学模型包括物质形式和思维形式两种。关于模型建构的模式国内一般认为分为:观察现象提出假设实践验证结论等程序,可见模型建构的过程与科学探究的过程极为吻合。关于模型的教学应用,国内所作的相关研究很少。随着网络的应用,电脑模拟在教学中的应用也越来越广泛,在国内主要是一些Flash课件的开发,模拟科学过程、科学现象等。 由于教师认为某些知识不借助模型,同样也可以讲授即模型是可有可无的,所以模型教学并不受重视。这一方面与教师没有充分认识到模型的价值和功能有关,一方面也与学校资源的缺乏及高考导向有关。但笔者发现随着教学改革的深入,近年来高考题相应出现考查模型的题目,这对于促进模型教学研究是可喜的。在具体教育实践过程中,有些模型建构的活动,成为手工制作的课堂,而没有发挥模型指导学生理解和掌握知识、体会科学探究过程的作用。 从各个期刊发表的模型教学的相关文章来看,主要集中在这些方面:模型教学的具体案例,通常以教学设计形式出现;教材中涉及到的模型知识的总结;生物教材中数学模型、物理模型等的建构;模型基本特征和功能的概述。同时教师也在重视运用信息技术进行模型教学的尝试。总体特点是经验性的陈述比较多,但研究的深度和高度不够。 二、国外对模型教学的研究现状 美国等国家比较重视模型对科学教育的重要性。在美国国家科学教育标准中明确把模型和科学事实、概念、原理、理论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。在美国科学促进协会所著的面向全体美国人的科学中把“系统、模型、恒定与变化、规模”等作为在科学、数学和技术领域中充满并反复出现的一些通用概念,并对模型进行了明确的分类;国外的科学教材中也有很多涉及模型应用的模拟实验等。国外的学者对于模型,比较倾向于使用Gilbert和Ingham在1991年提出,并在1995年补充说明的定义:模型是对某一系统的简化模拟,它着重于此系统特定的方面。一个模型既可以是一个物体也可以是一个事件、或者是一种想法、一个过程等。澳大利亚学者Harrison具体对模型进行了分类,共10大类,并对每一类间的相互关系给予说明。关于模型建构的研究,Rosaria、Lesh和Lehrer在其论文中分别作了研究并提出了各自模型建构的模式。关于模型教学的应用研究,国外的一些学者针对教师作了调查,希望了解教师对模型本质的了解情况,如VanDriel和Verloop对教学经验丰富的科学教师进行调查,发现科学教师都能对模型进行一个普遍的阐述;Smit和Finegold对新手教师的调查发现,新手教师的模型知识存在较大的局限性;DeJong和VanDriel对师范生关于模型及模型建构的内容知识和教学知识进行研究,发现这些准教师对模型内涵的理解也很狭隘。David F.Treagust等调查了学生对科学模型在科学学习过程中的作用的认识,发现有部分学生认为模型必须是原型的复制品,或者模型与原型在任何一个方面都相同,除了大小,这样的模型才是无懈可击的。国外的计算机模拟模型不仅应用在科学领域也运用在社会科学领域,某些网站如NetLogo、Model It 等可以帮助学生自己设计并建构模型来模拟科学过程以及社会交际的场景。这种更友好、更形象、更真实的方式受到学生和教师的欢迎。 国外的研究中单独对生物模型教学研究的数量不多,大多把生物学中相关知识作为研究科学模型教学的案例如:有的科学家利用“血糖调节模型”一节来研究用概念地图来使学生内在的思想模型实现对外表征。 三、结论与展望 在高中生物教学中有丰富的模型资源。一方面,教材中已有的许多结构模式图、结构示意图、原理过程图解等插图都是教学中的科学模型,它所包含的生物学知识具有简化、直观化的作用。学生可以从模型出发,对原型的未知属性、事实进行推测,发现其中的问题,从而认识事物中所蕴涵的规律。因此运用模型和模型方法进行教学,能够促进学生的认知水平的发展,促进学生对知识的理解。 另一方面,通过模型建构活动突出模型和模型方法,让学生于探索科学现象的乐趣中,发现科学规律。在建立模型的过程中,学会观察的方法、实验的方法、归纳与演绎的方法、假设的方法、近似的方法等,帮助学生建立良好的知识结构体系。同时增强了学生的建模意识、提高了学生的建模能力,同时也训练了他们应用模型的能力,形成正确地对待科学问题的观点和态度。 然而,我们也应当清醒地认识到模型方法的局限性。科学模型毕竟是一种相似物,这种相似的程度有高有低,有时可能与原型相差甚远。因此,依靠模型方法绝不可能穷尽对客体的认识。同样道理,在中学生物教学中进行模型建构教学,也应当深刻理解模型的特征,正确使用模型方法,避免出现形而上学、简单化、绝对化等误区。在教学中引入模型方法,最重要的还是促进学生学习方式的转变,培养学生创新思想、批判性思维和建模运模能力。 参考文献: 1中华人民共和国教育部.普通高中生物课程标准S.北京:人民教育出版社,202x. 2孙小礼,张增一.科学方法中的十大关系M.上海:学林出版社,202x. 3美国科学促进会.面向全体美国人的科学M.北京:科学普及出版社,202x.