例谈在模型教学中提高学生生物科学素养 (新稿)罗颖茹.doc

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1、例谈在模型教学中提高学生生物科学素养中山纪念中学 罗颖茹摘要：模型是与真实物体、单一事件或一类事物对应的而且具有解释力的试探性体系或结构。生物科学素养是指指人们在认识自然和应用生物科学知识的过程中表现出来的内禀特质，包括人们所掌握的生物科学知识、技能和方法，以及在此基础上形成的生物科学能力、科学观以及科学品质等方面。模型构建有利于培养学生的建构思维和建构能力，提高学生的实验能力和探究能力，建立系统的科学知识观，更好地由结构联系功能，从现象上升到事物本质。关键词：模型 模型构建 生物科学素养 我省实施新课改以来，出现了不少新鲜的事物，而“模型”也是首次在高中生物基础知识目标中提到。美国国家科学教

2、育标准中的“模型”表述是：模型是与真实物体、单一事件或一类事物对应的而且具有解释力的试探性体系或结构。而在人教版分子与细胞模块的教材中对模型的定义是：“模型是人们为了某种特定目的而对认识对象所做的一种简化的描述，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。”目前“模型构建”已被列为一项技能目标，并且作为高中学生必备的生物科学素养和将来从事科学研究的必备能力。同时，国家和地方的新高考大纲(说明)也已明确将这一技能素养的掌握水平作为考核对象。但是，生物模型构建在高中生物教学中的应用并没有得到充分的重视，我相信随着课改的进一步深入，作为一

3、线教师的我们应该尽快转变观念，从单纯的应试教育转移到素质教育上来，高中生物教学不仅服务于高考，也应该服务于学生的终生发展。本文只是以模型构建教学的几个实例与各同行一起探讨模型教学在提高学生生物科学素养方面的作用，希望能起到抛砖引玉的作用，引起大家对模型教学的进一步关注。一、尝试制作真核细胞的三维结构模型培养学生的科学态度科学态度是人基于对科学知识的正确理解和对科学发展的认识而形成的科学的信念和科学习惯。在美国先进科学协会颁布的2061计划中提出儿童应该具有的科学态度包括 好奇心、尊重实证、批判地思考、灵活性和对变化世界敏感等几个方面。模型教学能使学生在好奇心、诚实合作和创造力等方面得到发展。如

4、在分子与细胞模块的第三章第3节细胞核-系统的控制中心中初次出现模型的概念，教材中安排的第一个物理模型构建的训练。许多学校由于教学时间紧，往往把这一模型构建给忽略了。针对高一学生对生物科有新鲜感好奇心，考虑到构建真核细胞的三维模型可以培养学生的创造力、合作精神以及动手能力。本次活动安排课外时间以小组学习的方式进行，在本次教学活动中，学生不但对真核细胞结构有了更形象生动的认识，而且学生还制作了动物、植物的细胞模型、细菌细胞模型以及病毒结构模型，交流中比较它们的不同，使学生真核细胞、原核细胞以及病毒的结构有了更深刻地理解，这有利于学生对细胞结构核心知识的掌握。更重要的是在制作物理模型过程中，学生大胆

5、的创造性的使用各种材料，而不仅限于课本例子中的泥胶和琼脂，他们使用了废弃的泡沫塑料、小木板、包装箱的纸板、旧衣物的棉布、包装带、废弃吸管、废弃电线的细铜丝等等，既环保又精彩纷呈，动手能力得到提高。因为本次制作事宜小组为单位， 用什么材料、做多大的比例都要经过讨论，培养了学生的合作能力，学会如何能更好地与别人沟通。在课堂上展示作品时学生锻炼了表达能力以及体现了相关的知识技能素养。教师点评时在考虑科学性的同时也考虑了模型的创新和模型的艺术性，并注意对学生模型中的亮点给与激励评价，通过多方面角度的评价，不同层面（不仅仅是的学习成绩好的）学生得到了鼓励，特别是目前学习后进但是动手能力强的学生，培养了他

6、们学习生物的兴趣，给与他们学习动力和鼓励。在活动后还利用了学校的实验展示柜对优秀作品进行展示，对学生有很好的激励作用。我还利用照片保存了作品，作为以后的教学资源使用。由于在本次活动中得到了鼓励，学生对生物科的学习兴趣有所提高，并且这种物理模型的构建在之后的教学活动中继续延伸，如生物大分子模型、生物膜模型、动（植）物有丝分裂模型、减数分裂中染色体的变化模型、DNA双螺旋结构模型等。毕竟一次活动并不能马上就有效果，良好的科学态度的培养是贯彻在多个方面的，但模型构建确实为我们提供了一个很好的教学平台，并且高一新生开展好第一次物理模型构建是很重要的，好的开头是成功的一半。我想对比每天如一的应试教育，偶

7、尔安排这样活动课既有利于学生生物科学素养的提高，有让我们的学生更喜欢生物学科。二、构建光合作用过程图解夯实学生的生物学基础知识生物学科学知识包括基本的生物学概念、原理和规律。让学生掌握一定的生物学知识既是生物课程所规定的基本人物之一，又是学生具有生物科学素养的基本要求和标志。如光合作用是高中生物的重点内容、主干知识，在学习光合作用的具体过程时，重点要学生掌握光反应和暗反应两个过程的区别和联系，特别是其中的物质变化和能量变化的过程，发生的部位和条件也是学生要弄清楚的内容，要求从整体上认识和理解光合作用。我的教学安排如下 第一步：学生自主学习，我先列出几个重要问题，让学生通过阅读课本自行解决。第二

8、步：借助多媒体手段，让学生对光合作用的过程有一个总体的认识。第三步：以小组形式讨论并完善光合作用过程的概念图。光能水在光下分解H2OADPPiHO2ATPCO22C3 C5(CH2O)固定 定供氢供能还 原酶酶多种酶参加催化光反应阶段暗反应阶段光合作用的过程多年来是教学的重点，也是考试的难点。通过这种概念模型的构建，学生更好的掌握了光合作用的过程、场所和条件，对整个过程有了一个概括性的整体认识。建议教师可以根据讲课的内容，一边讲授一边绘画，使学生非常清楚地看到整个绘画过程。这一过程，一方面可以使学生了解概念，更加容易理解一些概念或操作之间的关系，达到知识有效迁移；另一方面也可以让学生感受到教师

9、是如何利用概念图对知识进行分类及表示的，产生画概念图的兴趣。让学生用概念图策略来探究和标识概念间的逻辑关系，从而完成概念的有意义建构，使新学概念建立与原有概念之间的联系，既有助于学生对概念的理解与把握，也便于记忆。我还让学生在紧接着的光合作用与呼吸作用的小结中沿用这一概念图的方法，帮助学生构造一个清晰的知识网络，便于学生对整个知识架构的掌握。制作次概念图能够帮助学生更好地复习以前的知识（细胞呼吸），连贯新旧知识（细胞呼吸与光合作用），有利于其直觉思维的形成，促进他们知识的迁移。掌握这种知识网络图后，学生对这部分的知识保持时间会更长，知识面就更宽，碰到问题时能更好解决。对于以后整个高中阶段的生物

10、科概念、原理和规律的掌握有很大的益处。三、构建种群的数量增长模型提高学生的科学探究方法与技能科学探究方法与技能不是仅仅属于科学家的本领，它也是对具有科学素养的现代公民的基本要求。构建种群的数量模型，对比前面物理模型和概念模型，在实验中运用相关的模型方法进行科学探究是一个更高层次的要求，学会构建合理的模型并运用相关的模型方法进行科学探究。如必修3中构建种群增长模型，属于数学模型的构建，教材设计是循序渐进的：:第一步引导学生通过比较公式和曲线图的特点。第二步通过类比领悟构建数学模型的方法。第三步：布置任务体验构建数学模型过程。第四步：通过探究实验领悟数学模型构建的价值与功能。其中第四步是最关键的一

11、步， 探究实验“培养液中酵母菌种群数量的变化”，让学生在活动中体验模型构建过程就是一个从具体的生物现象与规律中抽象出数学模型、又用抽象的数学模型来解释具体的生物学现象与规律的过程。首先是提出问题。教材中提出的问题是：“培养液中酵母菌种群的数量是怎样随时间变化的？”，我们可以引导学生思考探究其他变量与数量增长之间的关系，如温度、营养物质等，培养学生的发散思维。然后是作出假设。在此过程中，我们在鼓励学生大胆假设的同时，也要提醒学生注意假设的合理性，即根据预期结果作出符合逻辑的假设，这本身就是一个很好的探究过程。紧接着的是探究实验的核心内容，即讨论探究思路并制定计划（实际上就是实验设计），以小组的形

12、式开展讨论，通过讨论使学生明白实验设计的基本原理，以便在下一步动手实验时做到心中有数。特别的是这个实验并不能在课堂上用一、两个课时去完成，这个实验时间较长（大约7天），学生在设计实验时不光是实验步骤的问题，还要给定时间、有详细的分工，如什么时间取样进行数量统计，样本数为多少等等，这些问题都是要考虑的，正是在考虑问题的过程中培养了学生的科学探究能力。最后是进行实验并根据实验结果画出酵母菌数量增长模型即构建数学模型，讨论分析实验结果与假设是否一致，对模型进行检验或修正。其实部分小组的实验结果与假设是有偏差的，这也是一件好事。小组内的组员展开讨论，回头审视自己的假设是否合理、设计是否科学、操作是否规

13、范等问题，科学素养就是在这些过程中得到培养和提高的。由此可见，构建数学模型的过程实际上就是一个探究的过程，培养学生透过现象揭示本质的洞察能力，培养学生简约、严密的思维品质，对提高学生的生物科学素养具有重要作用。模型教学有物理模型构建、概念模型、数学模型等，其精髓体现在探索与发现之中，多年的教学实践证明，模型教学能更好地培养学生的科学态度，夯实学生的生物学基础知识，使学生的科学探究方法与技能得到提高，从而提高学生的生物科学素养。其实人教版的教材中安排了不少模型构建的活动，本文只是以几个例子与各位同行进行探讨的，希望能起到抛砖引玉的作用，给大家一点启发，在此共勉。附表：必修模块中模型构建举例分子与细胞遗传与变异稳态与环境物理模型真核细胞的三维模型、生物大分子模型、生物膜模型、动（植）物有丝分裂模型减数分裂中染色体的变化模型、DNA双螺旋结构模型/概念模型细胞器及细胞结构的模式图，分子（氨基酸、多肽、核苷酸、核酸等）的模式图，生物膜系统图解、酶降低化学反应活化能的图解，自由扩散、协助扩散和主动运输示意图，光合作用、有氧呼吸过程图解/构建人体细胞与外界环境的物质交换模型、建立血糖调节模型数学模型/构建种群增长模型参考资料：普通高中生物课程标准（实验）中华人民共和国教育部制订5