巧用模型构建自主高效生物课堂

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  美国学者维纳认为:“模型在科学研究的程序中是最为重要的”.我国2003年《普通高中生物课程标准》首次将“模型”“模型方法”列为课程目标,所以模型方法实施的研究不仅符合新课程标准的要求,也是教师适应新课程改革的必需.但许多中学教师遇到模型构建内容时,因对教学目标不太理解,或者课时原因,很难做到使其服务于教学,有的老师甚至把建构模型简单地看成手工制作,把建好的模型仅仅当做艺术品来展示.
  高中生物教材中涉及的模型较多,有物理模型、数学模型、概念模型等,其中物理模型较多,如细胞亚显微结构、生物膜的流动镶嵌模型、DNA双螺旋结构等.下面主要以物理模型为例,结合苏教版必修2《DNA分子的结构》这一堂课,谈谈笔者如何利用模型,既突出学生的主体性,又将知识简单化、系统化,使其真正服务于教学.
  一、注重模型建立过程中生物学史的分析
  从生物学的发展历程来看,生物模型并不是一成不变的,它是随着生物学的发展而不断完善的.在其建立的过程中,科学家大胆利用了灵感、理想实验、假设猜测等思维方式,并体现了同事、同行间甚至跨学科间相互合作的科学精神.在模型教学过程中,将生物模型有关的基本内容及其历史发展过程结合起来,让学生循着科学家的思维方法和探索途径来设想模型、建立模型、完善模型,这不仅让学生掌握了生物模型建立的一般方法,还让学生受到科学精神的熏陶,体会科学研究的艰辛.
  鉴于此,在《DNA分子的结构》这一节课中,笔者先让学生自主学习苏教版高中生物教材中“回眸历史——揭开DNA结构之谜”这一栏目,了解DNA分子结构模型建立的相关历史.为了使他们的自主学习更具高效性和针对性,笔者从知识和情感、态度、价值观这两个维度设计了如下问题“①从这段历史中,你能得出哪些有关DNA结构的相关知识?②回顾这段历史它给你带来了哪些启示?”带着这些问题,学生不仅从这段历史中总结出了DNA分子模型的一些基础知识,如该模型应是双螺旋结构,碱基组成上腺嘌呤(A)的量等于胸腺嘧啶(T)等.这为他们下一环节建构模型打好理论基础.同时,学生还能发现在研究DNA双螺旋结构的几个主要的科学家中,只有沃森是毕业于生物专业的,克里克是物理专业,富兰克林是化学专业等,他们具有不同的知识背景,但在同一时间又都致力于遗传基因的分子结构的研究,正是多学科交叉合作才产生了这一重大科研成果.在此基础上,教师可以进一步对学生进行情感、态度、价值观的渗透,使学生认识到学科知识是相互渗透的,中学阶段要学好各科知识.
  二、相信学生,还学生自主构建模型的空间
  教学中,我们都知道要让学生自己去探索去实践,发现问题并解决问题.但在实际操作中很多老师惯性思维,放不开手或者出于课时的考虑,讲模型的时间多于让学生自己建构模型的时间,经常在讲完了模型建构时需要注意的方方面面后,才让学生自己动手.这不是“建模”而是“套模”.在模型教学过程中,教师要意识到模型方法作为一种现代科学认识手段和思维方法,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.教师应突出学生的主体地位,让学生顺着科学的思路和方法去感知、去思索,去建构模型,从中领悟和形成运用模型建构方法的能力,在不知不觉中领略科学知识的真谛.
  在《DNA分子的结构》这一节课中,学生在自主学习“回眸历史——揭开DNA结构之谜”这一栏目后,对DNA的分子结构已经有所了解,如何让其所了解的知识具体化、形象化,笔者让学生以小组(每组4人)为单位,利用所给材料(每组一个信封,信封里6~8个脱氧核苷酸片段、一张大白纸,学生自备双面胶、剪刀),循着科学家的足迹尝试构建DNA的平面模型.可能有的老师会怀疑,什么都不是很清楚就建立模型,会不会浪费时间.确实,如果在课堂45分钟内完全放手让学生像科学家那样去尝试,也不现实.所以笔者采用小组合作模式,事先准备好材料,这就大大降低了模型建构的难度.
  三、注重模型的修改与完善提升对模型的认识
  建构主义强调认知是一个过程,学生必须参与到知识建构中.生物模型的建立不可能一步到位,需要逐步的修改与完善.在模型建构时教师需要引导学生在一定的情境中,自己动手去建构、不断修改、完善模型,让学生在实践中去探索、交流、学习.
  本节课中,每小组的学生根据自己的认知构建出了一个模型,这个模型在课堂这个有限的时间和空间内该如何进一步的完善.笔者通过生生合作、师生合作来完成.先让一个小组的同学到讲台前面,通过投影仪介绍本组模型建构的方法和思路.其他小组的同学若对他们的模型或者他们的介绍有质疑可以进行提问,当然也可以指出错误或补充不足.这就是生生合作.生生合作解决不了的问题,这时候老师再加以点拨或引导.抓住时机,因势利导,把课堂教学内容延伸下去,使学生对模型的认识进入“更上一层楼”的境界.最后再让学生对本小组的模型进行进一步的修改完善.这个过程不但使学生对DNA分子结构模型的理解更加透彻,而且锻炼了学生的语言表达能力、敢于质疑的能力、小组间的合作能力等.
  四、充分应用模型揭示模型的本质规律
  一个好的模型就像一个艺术品,可以用来展示,但这不是模型的建立最终目的.模型可使研究对象直观化、简约化,使之便于研究;又可以简略地描述研究成果,使之便于理解和传播;还可以用于计算、推导,延伸观察和实验结论等.如何更有效地运用模型开阔学生的思路、分析解决生物问题,揭示模型的本质规律,使模型在高中生物课堂中真正服务于教学.这是我们每一个生物老师在进行模型教学时都需要思考的问题.
  本节课中,通过师生合作,每组已经构建了DNA的平面结构模型.笔者抽取了其中三组的模型,把它们并排贴到黑板上.这三组模型不是随机抽取的,每组模型中的脱氧核苷酸数目及种类有所差别.然后让全班学生观察分析这三组模型,并找出它们的异同.学生通过观察不难发现,每组模型的外侧是相同的,都是由磷酸与脱氧核糖交替连接构成基本骨架,链数是都是两条,且方向相反,通过氢键相连.它们的不同主要取决于内侧碱基对的数目和排列顺序.通过对模型的比较,老师可引导学生总结归纳出DNA分子结构的特性,即DNA的稳定性、特异性和多样性.
  总之,生物学是研究生命现象和生命活动规律的一门科学.通过模型教学有助于学生描述生命的现象,认识生命的原貌,揭示生命的本质特征.因此,作为一线教师,在教学过程中,我们需要注重更新自己的教学理念,从模型的构建、发展与完善方面来构建课堂教学,多角度、多层次地促进学生认知能力的发展,提升课堂的教学效率.
  作者单位:江苏省邗江中学
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