模型建构是一种重要的科学方法

模型建构是一种重要的科学方法1/8模型建构是一种重要的科学方法，也是课标中首次提出要求重视的一种能力。《美国国家科学教育标准》中也要求学生“运用逻辑和证据来构造和修改科学解释和科学模型”，将其作为进行科学探究所需要的基本能力（9-12年级）。人教版高中生物新教材选择的内容充分体现了这种要求，其中含有丰富的模型建构的素材。用好这些素材,充分发挥模型的作用，渗透模型建构的方法迫在眉睫。1解读模型和模型建构的价值必修1教材对模型的定义是：“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”。模型分三类：物理模型、概念模型、数学模型。物理模型如真核生物的三维结构模型、细胞膜的流动镶嵌模型、DNA分子双螺旋结构模型；概念模型如血糖平衡调节的模型、达尔文的自然选择学说的解释模型等；数学模型如“J”型种群增长的数学模型Nt=N0λt、基因分离与自由组合定律，有丝分裂中DNA含量变化曲线等。高中生物学中的模型建构活动与科学研究中的建立模型不完全等同，它是为学生更好地掌握具体生物学内容而服务的。例如，沃森和克里克建立DNA双螺旋结构模型的目的，是为了揭示当时并不清楚的DNA分子结构。高中生物学中的“制作DNA双螺旋结构模型”的模型建构活动，主要是对“DNA分子的双螺旋结构”这个结论进行具体化，所建立的模型是物理模型；其主要目的不是探索DNA分子的结构，而是通过制作物理模型来加深对DNA分子的结构的理解，并体验具体化的模型的作用。可见，让学生通过尝试建立模型，掌握或巩固有关生物学概念，体验建立模型过程中的思维过程，并领悟模型方法是高中生物学中的模型建构活动的主要价值。2.模型建构在教学中的实践2.1在建构模型中掌握新知识就《DNA的分子结构》这部分内容来说，DNA、脱氧核苷酸、磷酸、脱氧核糖、含氮碱基等是前概念，但是DNA的双螺旋结构、碱基对、碱基互补配对原则、DNA的基本骨架则是新的概念。在教师引导下，学生通过自己动手，构建物理模型，展示作品进行交流、互评，能有效地掌握相关的概念。具体教学策略如下：1.回忆前概念：通过教师提问的方式进行。要使学生能画出脱氧核苷酸的结构，说出脱氧核苷酸的种类和名称，并且能与核糖核苷酸进行区分。2.学生阅读课本自学DNA的分子结构，初次接触新概念。3.将学生分组，小组成员合作，利用现成的材料（磷酸、脱氧核糖、含氮碱基）制作DNA分子模型。教师组织学生讨论、交流。取长补短，完善模型。模型建构是一种重要的科学方法2/8学生通过自己制作DNA分子模型，对DNA的分子结构有了感性认识；手脑并用操作“碱基配对”的过程，大大加强了印象；组间的相互交流更是从语言表达上进一步加强了对概念的理解。学生将相关的概念（磷酸、脱氧核糖、含氮碱基、脱氧核苷酸、碱基互补配对原则、DNA子链、DNA分子、复制、双螺旋结构、DNA解旋酶等）建立起相应的联系就自然是“水到渠成”了！2.2在建构模型中领悟建模的一般方法在教学中我们往往重视对模型结论的运用，而忽视了建模方法的传授。其实，“授之以鱼不如授之以渔”，掌握了建构模型的方法才拥有认识世界的工具。下面以“种群数量的变化”一课为例谈谈构建模型的教学策略。1模型原型：控制有害细菌繁殖可防止疾病发生，但需首先要找出细菌增殖的规律。2模型假设：假设“在理想环境条件下，细菌二分裂增殖,且每20分钟繁殖一代”。试推算不同时间内一个细菌的繁殖情况，完成表格。该假设是对研究对象的一种简化,这是模型方法的基本思想的体现。时间（分钟）20406080100120140160180细菌数量3模型建立：学生得出数学公式：Y=2x，及有关曲线图。进一步讨论：能不能根据细菌增长的方程式推导成一个反映一般的种群和细菌种群增长类似的种群增长的方程式？学生讨论完成并展示成果。（Nt=N0λt）4模型检验：已经建立的模型需要实验检验。课前安排兴趣小组做酵母菌的培养实验。实际情况和我们的假设是符合的，说明假设是有效的。时间第一天第二天第三天第四天第五天第六天个数98160278428120821005模型完善：自然界种群的生活环境和我们假设的情况不同，那么种群增长是何规律呢？展示高斯曾经做过的实验。教师总结：这实际上是两个不同的种群增长模型。比如细菌，我们把它叫做“J”型曲线。比如高斯的实验，我们把它叫做“S”型曲线。总结种群增长数学模型的建构过程：观察研究对象→提出合理假设→数学表达→检验、修正。综上所述，我们不难发现，模型的建立过程就是一个科学探究的过程。“大胆假设，小心求证”的科学思维贯穿其中。这种思维方法，一旦内化为学生自己的认知图式，就能获得认知水平的飞跃。模型建构是一种重要的科学方法3/82.3增强模型方法的意识，提高解题能力模型方法就是以研究模型来揭示原型的形态、特征和本质的方法。它是连接理论和应用的桥梁。【例】从一个叶肉细胞的线粒体的基质中扩散出来，进入相邻一个叶肉细胞都叶绿体中，共穿过几层膜？用模型方法来解决：从原型中抽提出两个植物细胞，线粒体和叶绿体，将提取的元素构建模型如右图。从模型很容易得出，CO2共穿过6层膜。一般而言，拟题主要是拟题者根据自己头脑中选择的一个理想化的生物学模型，再结合某些生物学事实，给出已知条件，提出需要得出都结论。解题的过程就是还原生物模型的过程，学生若能正确建立生物模型，就能极大地提高解题效率。3.教学中关于模型建构的体会3.1防止将模型与原型等同模型是原型的一种抽象，是在一定条件和范围内建立的，并不是原型本身。随着对原型认识的不断深入，模型需要不断的“建构—解构—再构”。正如同生物膜的流动镶嵌模型，它也正不断被修正着。3.2注意在教学中教给模型方法要引导学生认识模型是如何逐步建立的，怎样检验和完善。防止只粗略地介绍模型的知识而忽视模型方法。3.3生物教科书为模型方法提供了丰富的素材生物教材中有许多典型的建模案例，如生长素的发现，生物膜的流动镶嵌模型，光合作用的发现过程等，为培养学生的模型思维，提高建模能力提供了丰富的素材。因此，我们要充分挖掘这些范例，培养学生掌握和运用模型方法解决问题的能力。总之，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。在生物课堂中教师应引导学生顺着科学的思路和方法去感知、去思索，从中领悟和形成运用模型建构方法解决问题的能力，在不知不觉中领略科学知识的真谛。紧密联在生物课堂中渗透挫折教育一、缘起模型建构是一种重要的科学方法4/8挫折是每个人成长过程中不可避免的一部分，它可能摧毁人的自信，使人失望、痛苦、消极、颓废、一蹶不振；也可能给人以教益，使犯错者猛醒，认识错误，接受教训，改弦更张；它能砥砺人的意志，使之更成熟、坚强；它还能激励人发奋努力，从逆境中奋起。处在生长发育期的中学生，常常会因为对人生的思索、学业的担忧、社交的障碍，甚至早恋的烦恼而体会到令人失意的挫折感。然而，一直在“众星捧月”的环境中长大的他们，往往普遍缺少面对挫折的勇气。如果不能正确地面对失败，及时战胜挫折，那么这些挫败感将会延伸出失望、压抑、忧郁、苦闷等紧张心理和情绪反应，甚至出现逃避现实，离家出走、患精神病、自杀等情况。当挫折来临之际，教师要设法鼓励学生，帮助他，引导他，降低难度，直到乐观、自信的重新建立。课堂教学是素质教育的主渠道，也是培养学生良好的学习心理素质的主渠道。进行挫折教育，不能只依靠心理咨询等专门渠道来进行，更要发挥各学科的渗透作用。在平时的课堂教学中，教师要提前让学生拥有乐观豁达的态度，再让小小的挫折常常降临，然后帮助学生分析失败产生的原因，并找出解决问题的正确方法，从而战胜挫折，重新建立自信。教师要让学生获取成功的体验，用鼓舞让他们相信自己的能力，并通过经验总结达到对自己的正确定位，培养面对挫折的勇气，形成良好的心理承受能力和耐挫能力。二、在生物课堂中渗透挫折教育的实践探讨1、通过名人教育，引导学生正确面对挫折人的一生不可能总是一帆风顺，没有酸甜苦辣的人生就成了一杯白开水，淡而无味。如果我们的学生一直坐在“顺风船”上，沉浸在温暖怀抱之中，周围充满溺爱、迁就、包办的氛围，那他们就会成为“温室里的花朵”，失去面对逆境的勇气，一旦遇到困难和挫折，就很容易沮丧、自暴自弃、一蹶不振。为了让他们懂得有挫折的人生才是真实的、完整的，我会列举一些名人的事迹来引发学生的思考。如：①爱迪生花了多少年时间，试用了多少种材料，才找到了适合做灯丝的“日本竹丝”？②孟德尔持续种植了多少年的豌豆才发现遗传规律的？③你能说说被誉为“米神”和“当代农神”的“杂交水稻之父”袁隆平的故事吗？④珍古德独自一人在非洲森林里研究了多少年的黑猩猩？⑤他们的经历给了你什么样的启发？通过对这些科学名人的事迹介绍，引发学生第自己学习生活的反思，从而归纳出这样的道理：失败是成功之母、挫折是胜利之兄。挫折可以教育人、磨炼人，大凡成才者，几乎都是经过挫折磨砺的。“不经历风雨，怎能见彩虹。”人的一生中困难和挫折是难免的，逃避挫折是不现实的。2、培养学生乐观豁达的心态，增强耐挫能力“思维心理学”专家史力民博士指出：“乐观是成功的一大要诀。”他说，失败者通常有一个悲观的“解释事物的方式”，即遇到挫折时，总会在心里对自己说：“生命就这么无奈，努力也是徒然。”由于常常运用这种悲观的方式解释事物，无意中就丧失了斗志，不思进取了。当我们遇到挫折或者身处逆境的时候，我们的天空是灰色的，脚步是沉重的，我们会悲观，失望。但这时，我们也可以选择用另一种心态来对待挫折，我们品尝挫折的苦果，静静反思过去的错误，然后爆发的拼搏会带来期盼已久的硕果。生物实验课上，学生们在做“洋葱表皮鳞片叶临时装片”，有少数学生没有领会实验技巧，反复多次都不成功。有人撕的鳞片叶总是卷起来，有人盖盖玻片的时候总有气泡产生，有人对着显微镜找了很久都找不到细胞。大家开始抱怨起来：“本来对生物实验还蛮期待的，没想到这么难弄，以后还是别做实验了。”我看到那些失望的脸，只能暂停实验，给他们讲模型建构是一种重要的科学方法5/8了这样一个故事：父亲想对一对孪生兄弟作“性格改造”，因为其中一个过分乐观，而另一个则过分悲观。一天，他买了许多色泽鲜艳的新玩具给悲观孩子，又把乐观孩子送进了一间堆满马粪的车房里。第二天清晨，父亲看到悲观孩子正泣不成声，便问：“为什么不玩那些玩具呢？”“玩了就会坏的。”孩子仍在哭泣。父亲叹了口气，走进车房，却发现那乐观孩子正兴高采烈地在马粪里掏着什么。“告诉你，爸爸。”那孩子得意洋洋地向父亲宣称，“我想马粪堆里一定还藏着一匹小马呢！”悲观的人在每个机会中都看到了危难，而乐观者在每次危难中都看到了机会。爱迪生在寻找了6000多种纤维材料后，才终于找到最适合做灯丝的材料，实验成功与否，有大半的原因取决于你对待他的态度，你是愿意在失败中沉沦，还是会越挫越勇呢？学生们听了这番话，一致认为要发扬爱迪生寻找灯丝的精神，在困难面前决不能退缩，要以积极乐观的心态，藐视挫折，寻求跨越挫折的方法，而不应怨天尤人，失去信心。他们脸上的表情渐渐柔和了，眼神坚定了，利索地拿起实验用具，认真对照实验步骤重新来过，终于在下课之前，所有人都成功地完成了实验。他们溢于言表的喜悦告诉我，他们的信心和兴趣都重新找回来了。于是，在以后的实验中，虽然每次都有人要反复经历多次失败，但是没有一个人轻言放弃，体现出了他们应有的坚强和韧性，因为他们相信“阳光总在风雨后”，希望总不会落空。3、传授学生战胜挫折的方法，让挫折变成成功的“垫脚石”切合自身实际、认真反思、拥有良好的心理素质、屡败屡战、坚持不懈是战胜挫折的个性品质。很多家长或老师对学生的要求太高，超越了他们的能力范围，给学生造成很大的压力，如果经常达不到预定的目标，就会促使他们产生强烈的挫败感，对学习失去兴趣，甚至会产生厌学情绪。而另一些学生可能会因为成绩不佳或综合能力较差，便过低评价自我，遇到挫折就放弃努力，“破罐子破摔”。教师应该帮助学生认识自己的实力，找到准确的定位，制定合理的学习目标，认真反思自己