高中生物学新课程中的模型、模型方法及模型建构.docVIP

PAGE 高中生物学新课程中的模型、模型方法及模型建构 谭永平 （人民教育出版社/课程教材研究所 北京 100081） 摘要：模型和模型方法在科学研究中发挥着重要作用，它在中学生物学课程中也具有重要的教育意义，理解模型和领悟模型方法已经成为高中生物学课程内容的一个组成部分。理解模型和领悟模型方法的重要方式就是进行模型建构活动。要较全面地理解模型方法的作用，既需要以进行一定数量的模型建构活动为基础，更需要在模型建构活动中实现行为与思维的统一。 关键词：高中生物学 模型 教育部2003年颁布的《普通高中生物课程标准（实验）》（以下简称为课程标准）中，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做了具体的规定。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”。然而，由于以往对“模型”所提不多，相关理论探讨和实践案例不太丰富，有些教师在教学时感到迷茫。尽管高中课程改革的实验区越来越多，实施课程标准的教学探索也已有若干年，但类似问题却依然存在。本文探讨总结了高中生物学新课程中的模型和模型方法，以及如何在教学中进行模型建构的问题。 1. 高中生物学课程中的模型和模型建构 模型是人们按照特定的科学研究目的，在一定的假设条件下,再现原型客体某种本质特征（如结构特性、功能、关系、过程等）的物质形式或思维形式的类似物。作为一种现代科学认识手段和思维方法, 模型具有两方面的含义: 一是抽象化, 二是具体化。一方面,我们可以从原型出发, 根据某一特定目的, 抓住原型的本质特征, 对原型进行抽象、简化和纯化, 建构一个能反映原型本质联系的模型, 并进而通过对模型的研究获取原型的信息, 为形成理论建立基础。另一方面, 高度抽象化的科学概念、假说和理论要正确体现其认识功能, 又必须具体化为某个特定的模型, 才能发挥理论指导实践的作用。所以, 模型作为一种认识手段和思维方式, 是科学认识过程中抽象化与具体化的辩证统一[1]。建立模型的过程，是一个思维与行为相统一的过程。通过对科学模型的研究来推知客体的某种性能和规律，借助模型来获取、拓展和深化对于客体的认识的方法, 就是科学研究中常用的模型方法[2]。 在现代生物学研究中经常使用模型方法，通过寻找变量之间的关系, 构建模型，然后依据模型进行推导、计算，作出预测。DNA双螺旋结构的发现过程就是一个非常典型的例子。 模型方法在科学研究中具有重要作用，它在中学生物学课程中也有着重要的教育意义。美国《国家科学教育标准》指出，学生的探究活动最终应该构造一种解释或一个模型。我国课程标准也很重视模型的教育意义：在课程目标部分对模型有了明确的要求，在具体内容标准和活动建议部分也列出了“尝试建立真核细胞的模型”、“尝试建立数学模型”、“制作DNA分子双螺旋模型”等内容。高中生物学教材中，在用语言表述生命现象和生命活动规律的同时，也经常用模型来进行解释，模型已经成为高中生物学知识内容的一部分。例如，杂交过程图解事实上就是一个模型，它按遗传学规律把杂交过程简化，用以反映和解释杂交试验的过程和结果，并能通过演绎推理来预测某些杂交试验的结果[3]。人教版高中生物新教材《遗传与进化》中，用了图解式解释模型来阐述达尔文自然选择学说的要点。在某种意义上，理解模型和进行模型建构活动是学生理解生物学的一把钥匙。 高中生物学课程中的模型建构活动，则是根据课程标准的要求设计的，让学生结合具体生物学内容的学习而进行的建立模型的活动。值得注意的是，中学生物学课程中的模型建构与科学研究中的建立模型既有联系又不完全等同：前者以后者为基础，它们的思维过程在本质上应是一致的；但两者的目的不同，建构背景不同，建构过程也不完全相同。高中学生建构模型时，多数是在背景知识清晰的情况下进行的。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。他们的工作是建立当时其他科学家已经发现的事实的基础上的：DNA分子由含有4种碱基的脱氧核苷酸构成的长链，而且A的量总是等于T的量，G的量总是等于C的量；X射线衍射法推算出该分子呈螺旋状，而且否定了该分子是单链或4链的可能。根据这些事实，沃森和克里克采用模型方法，试探着揭示DNA分子的结构。他们在构建模型的过程中，还始终联系该分子的功能，能够自催化（自我复制）和异催化（能作为模板合成其他分子）。经过紧张而又充满创造性的工作，他们终于成功构建了完全符合已知科学事实的DNA分子结构模型。在揭示DNA分子结构的过程中，模型方法实际上起到了研究纲领的作用，并形象地表现出分子结构，以方便对各种假说进行验证。显然，建立DNA双螺旋结构模型的过程，既有对已知事实的归纳、抽象、简化、舍去非本质属性