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高中生物新课程中实施模型方法的教学研究
漳浦第四中学
曾 钰 福建教育学院
陈 欣
《普通高中生物课程标准（实验）》明确强调：学生应“领悟假说演绎、建立模型等科学方法及其在科学研究中的应用”，“领悟系统分析、建立数学模型的科学方法及其在科学研究中的应用”；同时新考试大纲重新对高考所要考查的能力进行了界定，明确了假说演绎、建立模型、系统分析等科学研究方法在能力要求中的地位。无论在科学研究还是在学习科学的过程中，模型和模型方法都起着十分重要的作用。课程标准已将模型纳入基础知识范畴，并且将模型方法规定为高中学习必须掌握的科学方法之一，在近年来的生物高考试题的设计中也有所体现。那么，什么是模型、模型方法教育？模型方法在教师的教与学生的学中起什么作用呢？如何评价模型方法的作用呢？
一、关于模型、模型方法
高中新教材必修1对模型的定义是：“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描述，这种描述可以是定性的，也可以是定量的；有的借助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”。模型可分为物理模型、概念模型、数学模型。物理模型是指以实物或图画形式直观的表达认识对象特征的模型如必修1的“细胞膜的流动镶嵌模型”、“真核生物的三维结构模型”、必修2的“DNA分子双螺旋结构模型”；概念模型是指以文字表达来抽象概括出事物本身特征的模型，如达尔文的自然选择学说的解释模型等；数学模型是指用来描述一个系统或他的性质的数学形式，如“J”种群增长的数学模型N t=N0λt、种群基因频率变化的数学模型。
模型方法是以研究模型来揭示原型的形态、特征和本质的方法，是以简化和直观的形式来显示复杂事物或过程的手段，是逻辑方法的一种特有形式。生物模型方法是指利用模型方法，寻找变量之间的关系，构建生物模型，然后依据模型进行推导、计算，做出预测的方法。
模型舍去了原型的一些次要的细节、非本质的联系，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，是连接理论和应用的桥梁（模型和原型的关系如下图）。
原型
解释 抽象化
模型
证明 具体化
理论
二、研究方法 1.实验对象
在进行本研究前笔者在2007学年对任教学校的高一年段900多个学生，进行了有关“生物模型教学”的调查问卷（见附录），目的在于了解样本，明确抽样的方法。本研究从高一年段的九个班级中采用整群随机抽样的方法，确定了一个实验班（每班60人）和一个对照班（60人），二个班级学生程度相同，共计120名学生。在整个实验过程中，实验班和对照班都使用同一教材，各班授课时数、教学进度、教学内容相同，学校组织的期中期末考试相同。为了避免由于教师带来的差异，每个班级都由同一个教师来教学。
2.实验设计
首先，选择了高中生物必修1“生物膜的流动镶嵌模型”为学生的学习内容，在教学中实验班运用模型法策略进行相关教学，以分组教学和小组讨论为主二者所占的时间为整堂课的2/3以上,并结合个别辅导。教师必须兼顾每个学生的学习，师生的角色经常互换，采取鼓励、点拨、尝试、评价等方法促进学生自主学习；对照班则运用传统的教师讲学生听的方法进行相关的教学。
其次，为了说明建构模型策略教学对实验组的学生动手能力和自主学习的能力及学业成绩是否有影响，在接下来的生物教学中两个班级在 必修1“真核生物的三维结构模型”的教学中，两个班级都运用建构模型策略进行教学。
本研究中，以针对两个班的学生的不同教学方法为自变量（以班级为研究的单位），以观察、记录、评价学生的动手能力和自主学习的能力及学业成绩为因变量。
3.实验操作
实验班运用构建模型策略进行必修1“生物膜的流动镶嵌模型”教与学。具体方法是：在综合学生意见的基础上，根据异质组合，优势互补的优化组合原则，让实验班每5位学生组合成一个小组，共组成12个小组，并自主推选学习组长。在教学中指导学生以小组为单位，自主准备模型构建的材料并思考构建模型的方法。表1是一个小组在学习中构建模型的小组记录表。
表1
构建细胞膜的流动镶嵌模型的小组记录表
项 目
内
容
主 题
构建生物膜的流动镶嵌模型 组 长
刘ⅩⅩ 组 员
李ⅩⅩ、陈ⅩⅩ、邱ⅩⅩ
完成活动需要了解的知识
生物膜的组成成分，生物膜的功能 活动所需的材料
大头针、铁丝、不同色彩的橡皮泥若干、乒乓球等 活动的步骤
略 预期效果
略
完成模型的时间
从当天的模型构建课开始至一天后的生物模型
构建评价课为止（2007.12．11至2007.12．13）。利用课余时间
小组成员自评与互评
略
在教师的引导下学生进行小组互评，每一个学生都参与评分。在学生的共同讨论下，评比的项目及等级见表2。
表2 模型构建评比表
优 良 中 及格 差4 3 2 1 1.模型的科学性
2.模型的材料选择的合理性及便捷性 3.模型的完整性 4.模型的美观性 总 评
让评选中积分最高的两组进行课堂展示并由小组代表讲解模型构建的方法和步骤，归纳总结生物膜的结构特点。聘请几位有丰富教学经验的生物科任教师参与点评及指导。最后把小组互评、教师总评的成绩相加求平均值，作为小组成绩
在必修1“真核生物的三维结构模型”的教学中，两个班级都采用构建模型策略进行教学。具体的方法和步骤都模仿实验班构建“生物膜的流动镶嵌模型”时来进行。
三、实验结果及讨论 1．模型构建的评分及其结果
通过学生自评、小组互评、教师总评结果表明实施模型方法的教学后，进行实验班模型构建能力的纵向比较及实验班和对照班模型构建能力横向比较，实验班的学生动手能力和自主学习的能力得到了很大的提高。
以小组为研究的单位，满分为20分，其中最高分为18分，最低分为5分。
表3
模型构建评分成绩比较表
实验班第一次模型构建
实验班第二次模型构建
对照班模型构建
组数平均分
11.5
14.25
11.08 通过实验班第一次模型构建与第二次模型构建进行纵向比较可见第二次模型构建平均分（14.25分）高于第一次模型构建（11.5分），在教学中发现学生是否主动的进行选材、构思、自主的参与模型构建影响着学生今后的动手能力和自主学习的能力。通过实验班和对照班模型构建能力横向比较，可见实验班第二次模型构建平均分（14.25分）高于对照班模型构建平均分（11.08分），对学生进行模型构建的教学策略可以提高学生的动手能力和自主学习的能力。在生物教学中模型方法是对学生进行科学方法教育的重要组成部分，建模能力是培养学生探究能力的重要组成部分。
2．构建模型所需时间
通过构建必修1“真核生物的三维结构模型”对实验班和对照班各小组进行观察，记录各小组完成模型构建的时间。实验班的各小组都能在规定的时间里完成，对照班除了有3个小组能在规定的时间里完成外，其他小组都拖延时间，甚至有个别小组无法完成。
通过建立以小组为学习单位的模式，发现和培养了研究活动中的优秀者，他们不但起了一个榜样作用、而且能帮助老师进行辅导，缩短活动的时间，显然是活动中的“小老师”、“小帮手”。
３．实验班的学习成绩进步显著
实验结束后，进行统一的以单元考试，单元考试的内容通过图文结合的试题设计紧扣模型构建中的相关知识。发现实验班的学习成绩略高于对照班，且有一定的差异，实验数据统计见表4。表4 实验班与对照班学习成绩均数差异检验
班级 Ｎ
Ｓ
Ｚ
Ｐ
实验班 ６０ ８９.１２ ７.８７ ４.５６ Ｐ＜０.０１在０.０１
显著水平上差异显著
对照班 ６０ ８３.３１ ９.５６
从表4结果可以看出，实验班的学习成绩进步较大。学生通过自主的细胞模型的构建能够深入的理解细胞的结构与功能相适应的特点，并提高了学生识图的能力。在教学中把发展学生自主学习能力作为教学的出发，从中促进学生自由的发展,激发对学习自然科学问题的思考和探究，不断产生成功感。从而有利于加强学习的动机，建构自己的认识，提高了学习效果。
四、建议
根据本次研究的结果、学生的实际水平及学校的教学条件，针对模型构建教学中出现的问题，笔者提出了以下几点建议： 1．加强评价方式的改进
在进行评价方式的选择上，建议开展学生的自评和小组的互评，通过学生的主动参与及体验，让学生明确构建模型中的关键点，让学生具有清晰的思路，明白自己的不足。2．加强合作小组组长的培训
开展班级模型构建活动之前可以组织各合作小组的小组长进行培训，让他们在活动起带头作用，榜样作用，从而缩短教学时间，起着事半功倍的效果。3．加强模型课件的教学作用
不是所有的模型构建都要进行实物操作，老师应依据模型的不同类型，指导学生结合计算机，利用多媒体，精心制作模型课件。模型课件具有动态效果，化静为动，化抽象为直观的特点。这样才能够充分发挥每一个学生的潜能。
可见，实施模型方法的教学能够培养学生动手能力和自主学习的能力，提高学生学业成绩，但有教师工作量大，教学过程耗时的缺点。笔者所任教的学校为普通高中，高中每个班级的学生数一般在60多名，个别可达70多名，而且学生学习的自觉性和主动性的不是很理想。研究表明在教学过程中要开展科学探究活动（实施模型方法的教学）会出现教学过程耗时，教具短缺，组织教学难等问题。
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