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摘 要 通过比较和分析美国教材《Prentice Hall Biology》和我国高中生物（人教版）必修三教材中关于模型构建的内容，以“减数分裂模型的构建”为例，发现两国教材有关模型构建在位置、结构安排、内容、表述上均有显著差异。美国教材力图通过模型构建培养学生的科学探究思维和能力，中国教材没有发挥出模型构建应有的教学价值，将重点放在知识和记忆层面。在此基础上，尝试性地对我国的模型构建探究活动提出了有一定借鉴价值的建议：正确认识模型构建的教育价值，开发学生的多元智力；树立真探究的意识，提升学生的科学素养；多渠道开发课程资源，拓宽学生的视野。
关键词 模型构建 美国教材 人教版教材
中图分类号 G633.91 文献标志码 A
《义务教育生物学课程标准（2011版）》中提出了三大基本理念，其中包括“倡导探究性学习”。而模型构建本身也是一种科学探究活动，因此我国人教版教材中加入了模型构建的内容，力图改变学生的学习方式，帮助学生领悟科学的本质，引导学生主动参与、勤于动手、积极思考，逐步培养学生获取新知识的能力、分析和解决问题的能力等，突出创新精神和实践能力的培养。美国是科学教育的佼佼者，其模型构建在教学中的开展时间较长，方法体系也较为成熟。下面通过对比中美高中教材中模型构建的内容，试图找到我国教材与美国教材的差距所在，分析其深层次的原因，进而帮助教师更好地理解和借鉴美国的教育经验，对生物学教学产生启迪。
模型构建是高中生物教学中常用的一种学习方式，其功能性体现在可以帮助学生更好地表征问题，理解抽象的知识。生物学教学中的常见模型有物理模型、数学模型和概念模型，笔者聚焦于物理模型的构建。物理模型以具体实物或图画直观地表示研究对象的特征，物理模型构建的过程是抽象概念具体化的过程，有助于帮助学生构建并巩固相应的概念。
1. 中美高中教材模型构建专题的对比
《Prentice Hall Biology》是美国高中生物教材，其中关于模型构建共有9个专题内容；高中生物（人教版）教材是我国的主流教材，其中关于模型构建共有6个专题内容（表1）。“减数分裂模型的构建”是中外教材的共有之处，以“减数分裂模型的构建”为例展开比较和分析。
2 “减数分裂模型的构建”在教材中的地位分析
查阅《Prentice Hall Biology》的目录，发现“减数分裂模型的构建”出现在实验和活动模块中的探究板块中。在教材中，作为一个独立的版块出现在“第11章：遗传学导论”的最后。
我国人教版高中生物教材中，“建立减数分裂中染色体变化的模型”作为一个探究小活动出现在必修2第二章第一节“减数分裂和受精作用”的减数分裂与受精作用之间。此外，在目录中没有体现。
美国教材中，“第11章：遗传学导论”包括5节内容：孟德尔杂交实验、概率和旁氏表、探索孟德尔遗传学、减数分裂、连锁效应和基因图谱。经过一整个章节的学习，学生已经有了一定的理论基础，“减数分裂模型的构建”作为一个独立版块出现在章节最后部分，是为了帮助学生巩固旧知，梳理知识网络，引导学生在探究活动中运用所学知识解决实际问题。减数分裂是该章节的基础内容，模型构建有利于加深学生对减数分裂过程中染色体行为变化的理解，为该章节其他内容的学习夯实基础，有利于知识之间的联系与迁移。而我国教材则是在“减数分裂”和“受精作用”之间穿插了该内容，主要目的是帮助学生在新课学习的过程中及时构建“减数分裂”的有关概念，并且以初级精母细胞为模型构建的对象，为下面“受精作用”的学习做出铺垫。
2.1 结构安排的比较
美国教材将模型构建分为7个部分：引言、问题、材料、技能、过程、分析与结论、拓展延伸。该部分内容结构清晰，条理清楚，体现了科学探究上严密清晰的思维方式（表2）。每一个步骤对应的目的之间体现了连贯性与一致性，表述明确。
我国教材在结构安排上由活动准备、方法步骤、讨论和表达交流4部分组成（表3）。各部分目的不够细致和明确，还存在环节上的缺失，容易导致教师和学生在整个探究过程中不知道每一个步骤是为了达到什么目的，在一定程度上削弱了模型构建的教学功能。
2.2 操作步骤的比较
美国教材的操作步骤表述简短，给出学生需要完成的任务，具体操作方法并没有详细描述，而是让学生自主探究，完成模型构建，并且让学生自己按照减数分裂各个阶段的特征为模型进行排序，标出发生同源染色体分离、非同源染色体自由组合、非姐妹染色单体交叉互换的阶段。
我国教材的操作步骤表述详尽，描述了学生在每一步中具体的操作方法，是“食谱式”的探究活动。例如，在描述同源染色体分离时，我国教材是这样描述的：“双手分别抓住并移动染色体的着丝点，使红色和黄色的染色体分离，分别移向细胞的两极。”学生只要按照教材中的文字操作就可以完成模型的构建。
美国教材更加注重思维方式的训练，在高中阶段就开始着重加强培养学生的科学探究技能，探究过程更倾向于以能力立意为依托，希望通过模型的构建来体现科学的思维方式。我国教材则是把模型构建当做教学的辅助工具，通过物理模型使减数分裂过程更加直观，帮助学生构建相关的概念，复习巩固新授知识。整体上偏重知识的掌握，忽略技能的培养，容易导致学生在离开教材的情况下就无法进行模型的构建。概括言之，我国教材侧重知识的巩固，注重记忆层面；美国教材则侧重于思维的发展。
2.3 “分析与结论”环节的比较
美国教材将“分析与结论”分为4个层次逐层展开，包括模型的使用、总结、预测、评估。采用问句的形式，引导学生在回答问题的过程中做出分析，得出结论。问题的难度设置恰当，学生需要在掌握了减数分裂的过程、规律和原理的基础上，通过思考才能回答出来，体现了“最近发展区”规律。例如，在预测中，问题是“在减数第二次分裂中，如果染色体没有成功分离，那么配子将会受到什么样的影响？”学生必须理解并掌握减数第二次分裂染色体的行为变化，通过一定的思考才能作答，该问题很好地考查了学生对知识的掌握程度。分为4个层次进行总结的方式较为科学，逻辑性较强，不容易产生遗漏；在问题之后，还让学生对问题的答案做出解释，注重思维过程以及对结果的分析，有利于帮助学生形成一种科学缜密的思维方式。 我国教材中没有“分析与结论”的环节，相类似的是“讨论”，以问题串的形式引导学生展开讨论，能够引导学生关注到减数分裂的学习重点，有助于帮助学生及时地回忆巩固并记忆新授知识，进行评价，查漏补缺。但是，问题的难度不够，大部分问题都是学生不需要经过思考就可以直接回答出来的，停留在识记的层面。例如你模拟了减数分裂中哪些染色体行为？你们小组的模型中只含红色染色体的配子有几个？
2.4 “拓展延伸”环节的比较
美国教材的最后一个环节是“拓展延伸”：建立模型来对比精子和卵子的形成过程。精子和卵子的形成过程是减数分裂的实例，这一活动在“减数分裂模型构建”难度的基础上有所提升，可以检查学生是否掌握了模型构建的技能。学生可以在自主探究地过程中及时发现自己的不足加以纠正，提高其科学素养及科学探究能力，有利于知识的迁移和应用。
我国教材没有“拓展延伸”这一环节，由于模型构建的内容出现在受精作用之前，因此，我国教材的编写意图是希望通过模型构建来帮助学生巩固新授知识，为接下来的学习做出铺垫，把模型构建当做教学的辅助手段。
2.5 “注意事项”的比较
美国教材多次提到“实验结束后用温水和肥皂洗手”，除了知识和技能的学习，还注重实验素养的提升，我国的中学生很少能够在实验结束之后主动洗手。此外，美国教材还特别注重实验的安全问题，在实验步骤之后，多次出现斜体加粗字体以表示学生应该在实验中应该注意的安全问题，而我国教材在这方面稍有欠缺。
3 对教学的启示
3.1 正确认识模型构建的教育价值，开发学生的多元智力
表征是基于建构主义理论而提出的子概念，其教育价值被广泛认可，被认为是进行建构主义教学的一条有效路径。而利用模型构建的方式激发学生进行有意义的生物概念学习是有效的。有学者将表征分为微观表征、宏观表征与符号表征。减数分裂模型的构建就是用宏观的物体重现微观过程从而表征出生物概念的典型案例，该教学活动有利于学生从不同视角了解分裂过程、掌握分裂特点、运用分裂规律。另一方面，多元智力化理论提出学习者的智力是多元而非一元的，因此课程内容的呈现方式应多样化，模型构建的教学为教师开展探究性教学提供了新的平台，也能使智力结构有所差异的不同学习者得以全面发展。显然，中美教材均意识到模型构建的教育功能，但理性思考后发现我国对模型构建部分的教学重视程度不高，没有有效地发挥出模型构建应有的教学价值。因此，一线教师在认识到模型构建教育功能的基础上应该在课堂上切实开展模型建构活动，从而提高学生对概念的掌握程度，培养学生的科学探究思维和能力。
3.2 树立真探究的意识，提升学生的科学素养
通过比较和分析可以发现，我国教材关于“模型构建”的编写太过于详尽，将学生应该自主探究的过程步骤也展示出来，学生只要按照教材上的文字进行操作就可以完成模型的构建，不需要经过思考就可以完成这项科学探究活动，往往会限制学生的思维，不利于培养学生的创新能力，长此以往会导致学生依赖于课本教材，不利于学生科学素养的提升。“提高生物科学素养”是生物课程标准的三大理念之一，科学教育的基本任务是培养学生必备的、可持续的科学素养。因此，教师在未来的生物教学中必须树立真探究的意识，在适当的引导下放手让学生去自主探究。另外在教学过程中，教师应为学生的思考留有余地，留给学生更多自主探究和创新的机会，尽量避免限制学生思维的“食谱式”假探究。例如，可以通过模型的构建来体现科学的思维方式，在引导学生构建模型的同时，培养其理论性探究能力，让学生能够积极主动、自如地建构和完善科学概念，体会科学知识的本质、科学理论的质量评价标准，以及科学知识形成的曲折历程，以提升学生的科学素养为目的。
3.3 多渠道开发课程资源，拓宽学生的视野
必须理性承认，美国在科学教育方面是世界的佼佼者，也必须意识到我国科学教育与美国科学教育之间的差距。作为教育工作者，应该首先拓宽自己的视野，树立“大课程观”的意识，不应该只满足于现有的课程资源，应该主动学习、借鉴和吸收国外优秀的课程资源，以提高我国的科学教育质量，拓宽学生的视野，增加其学习动力。
参考文献：
[1] 丁小丽，张子璐，闫亚平.美国高中生物教材的类型、编排、内容及启示[J].教学与管理：理论版，2015（18）：121-124.
[2] 陈坚，范新新.从初中生物课程标准（2011版）看概念教学[J].教学与管理，2013，（07）期：80-81.
[3] 任红艳，李广洲.理科问题解决中的多重表征模型及其教学价值.教育学报[J].2009，4
[4] David F.Treagust，J.K. Gilbert. Multiple Representations in Biological Education[M]. Springer Netherlands.2013
关键词 模型构建 美国教材 人教版教材
中图分类号 G633.91 文献标志码 A
《义务教育生物学课程标准（2011版）》中提出了三大基本理念，其中包括“倡导探究性学习”。而模型构建本身也是一种科学探究活动，因此我国人教版教材中加入了模型构建的内容，力图改变学生的学习方式，帮助学生领悟科学的本质，引导学生主动参与、勤于动手、积极思考，逐步培养学生获取新知识的能力、分析和解决问题的能力等，突出创新精神和实践能力的培养。美国是科学教育的佼佼者，其模型构建在教学中的开展时间较长，方法体系也较为成熟。下面通过对比中美高中教材中模型构建的内容，试图找到我国教材与美国教材的差距所在，分析其深层次的原因，进而帮助教师更好地理解和借鉴美国的教育经验，对生物学教学产生启迪。
模型构建是高中生物教学中常用的一种学习方式，其功能性体现在可以帮助学生更好地表征问题，理解抽象的知识。生物学教学中的常见模型有物理模型、数学模型和概念模型，笔者聚焦于物理模型的构建。物理模型以具体实物或图画直观地表示研究对象的特征，物理模型构建的过程是抽象概念具体化的过程，有助于帮助学生构建并巩固相应的概念。
1. 中美高中教材模型构建专题的对比
《Prentice Hall Biology》是美国高中生物教材，其中关于模型构建共有9个专题内容；高中生物（人教版）教材是我国的主流教材，其中关于模型构建共有6个专题内容（表1）。“减数分裂模型的构建”是中外教材的共有之处，以“减数分裂模型的构建”为例展开比较和分析。
2 “减数分裂模型的构建”在教材中的地位分析
查阅《Prentice Hall Biology》的目录，发现“减数分裂模型的构建”出现在实验和活动模块中的探究板块中。在教材中，作为一个独立的版块出现在“第11章：遗传学导论”的最后。
我国人教版高中生物教材中，“建立减数分裂中染色体变化的模型”作为一个探究小活动出现在必修2第二章第一节“减数分裂和受精作用”的减数分裂与受精作用之间。此外，在目录中没有体现。
美国教材中，“第11章：遗传学导论”包括5节内容：孟德尔杂交实验、概率和旁氏表、探索孟德尔遗传学、减数分裂、连锁效应和基因图谱。经过一整个章节的学习，学生已经有了一定的理论基础，“减数分裂模型的构建”作为一个独立版块出现在章节最后部分，是为了帮助学生巩固旧知，梳理知识网络，引导学生在探究活动中运用所学知识解决实际问题。减数分裂是该章节的基础内容，模型构建有利于加深学生对减数分裂过程中染色体行为变化的理解，为该章节其他内容的学习夯实基础，有利于知识之间的联系与迁移。而我国教材则是在“减数分裂”和“受精作用”之间穿插了该内容，主要目的是帮助学生在新课学习的过程中及时构建“减数分裂”的有关概念，并且以初级精母细胞为模型构建的对象，为下面“受精作用”的学习做出铺垫。
2.1 结构安排的比较
美国教材将模型构建分为7个部分：引言、问题、材料、技能、过程、分析与结论、拓展延伸。该部分内容结构清晰，条理清楚，体现了科学探究上严密清晰的思维方式（表2）。每一个步骤对应的目的之间体现了连贯性与一致性，表述明确。
我国教材在结构安排上由活动准备、方法步骤、讨论和表达交流4部分组成（表3）。各部分目的不够细致和明确，还存在环节上的缺失，容易导致教师和学生在整个探究过程中不知道每一个步骤是为了达到什么目的，在一定程度上削弱了模型构建的教学功能。
2.2 操作步骤的比较
美国教材的操作步骤表述简短，给出学生需要完成的任务，具体操作方法并没有详细描述，而是让学生自主探究，完成模型构建，并且让学生自己按照减数分裂各个阶段的特征为模型进行排序，标出发生同源染色体分离、非同源染色体自由组合、非姐妹染色单体交叉互换的阶段。
我国教材的操作步骤表述详尽，描述了学生在每一步中具体的操作方法，是“食谱式”的探究活动。例如，在描述同源染色体分离时，我国教材是这样描述的：“双手分别抓住并移动染色体的着丝点，使红色和黄色的染色体分离，分别移向细胞的两极。”学生只要按照教材中的文字操作就可以完成模型的构建。
美国教材更加注重思维方式的训练，在高中阶段就开始着重加强培养学生的科学探究技能，探究过程更倾向于以能力立意为依托，希望通过模型的构建来体现科学的思维方式。我国教材则是把模型构建当做教学的辅助工具，通过物理模型使减数分裂过程更加直观，帮助学生构建相关的概念，复习巩固新授知识。整体上偏重知识的掌握，忽略技能的培养，容易导致学生在离开教材的情况下就无法进行模型的构建。概括言之，我国教材侧重知识的巩固，注重记忆层面；美国教材则侧重于思维的发展。
2.3 “分析与结论”环节的比较
美国教材将“分析与结论”分为4个层次逐层展开，包括模型的使用、总结、预测、评估。采用问句的形式，引导学生在回答问题的过程中做出分析，得出结论。问题的难度设置恰当，学生需要在掌握了减数分裂的过程、规律和原理的基础上，通过思考才能回答出来，体现了“最近发展区”规律。例如，在预测中，问题是“在减数第二次分裂中，如果染色体没有成功分离，那么配子将会受到什么样的影响？”学生必须理解并掌握减数第二次分裂染色体的行为变化，通过一定的思考才能作答，该问题很好地考查了学生对知识的掌握程度。分为4个层次进行总结的方式较为科学，逻辑性较强，不容易产生遗漏；在问题之后，还让学生对问题的答案做出解释，注重思维过程以及对结果的分析，有利于帮助学生形成一种科学缜密的思维方式。 我国教材中没有“分析与结论”的环节，相类似的是“讨论”，以问题串的形式引导学生展开讨论，能够引导学生关注到减数分裂的学习重点，有助于帮助学生及时地回忆巩固并记忆新授知识，进行评价，查漏补缺。但是，问题的难度不够，大部分问题都是学生不需要经过思考就可以直接回答出来的，停留在识记的层面。例如你模拟了减数分裂中哪些染色体行为？你们小组的模型中只含红色染色体的配子有几个？
2.4 “拓展延伸”环节的比较
美国教材的最后一个环节是“拓展延伸”：建立模型来对比精子和卵子的形成过程。精子和卵子的形成过程是减数分裂的实例，这一活动在“减数分裂模型构建”难度的基础上有所提升，可以检查学生是否掌握了模型构建的技能。学生可以在自主探究地过程中及时发现自己的不足加以纠正，提高其科学素养及科学探究能力，有利于知识的迁移和应用。
我国教材没有“拓展延伸”这一环节，由于模型构建的内容出现在受精作用之前，因此，我国教材的编写意图是希望通过模型构建来帮助学生巩固新授知识，为接下来的学习做出铺垫，把模型构建当做教学的辅助手段。
2.5 “注意事项”的比较
美国教材多次提到“实验结束后用温水和肥皂洗手”，除了知识和技能的学习，还注重实验素养的提升，我国的中学生很少能够在实验结束之后主动洗手。此外，美国教材还特别注重实验的安全问题，在实验步骤之后，多次出现斜体加粗字体以表示学生应该在实验中应该注意的安全问题，而我国教材在这方面稍有欠缺。
3 对教学的启示
3.1 正确认识模型构建的教育价值，开发学生的多元智力
表征是基于建构主义理论而提出的子概念，其教育价值被广泛认可，被认为是进行建构主义教学的一条有效路径。而利用模型构建的方式激发学生进行有意义的生物概念学习是有效的。有学者将表征分为微观表征、宏观表征与符号表征。减数分裂模型的构建就是用宏观的物体重现微观过程从而表征出生物概念的典型案例，该教学活动有利于学生从不同视角了解分裂过程、掌握分裂特点、运用分裂规律。另一方面，多元智力化理论提出学习者的智力是多元而非一元的，因此课程内容的呈现方式应多样化，模型构建的教学为教师开展探究性教学提供了新的平台，也能使智力结构有所差异的不同学习者得以全面发展。显然，中美教材均意识到模型构建的教育功能，但理性思考后发现我国对模型构建部分的教学重视程度不高，没有有效地发挥出模型构建应有的教学价值。因此，一线教师在认识到模型构建教育功能的基础上应该在课堂上切实开展模型建构活动，从而提高学生对概念的掌握程度，培养学生的科学探究思维和能力。
3.2 树立真探究的意识，提升学生的科学素养
通过比较和分析可以发现，我国教材关于“模型构建”的编写太过于详尽，将学生应该自主探究的过程步骤也展示出来，学生只要按照教材上的文字进行操作就可以完成模型的构建，不需要经过思考就可以完成这项科学探究活动，往往会限制学生的思维，不利于培养学生的创新能力，长此以往会导致学生依赖于课本教材，不利于学生科学素养的提升。“提高生物科学素养”是生物课程标准的三大理念之一，科学教育的基本任务是培养学生必备的、可持续的科学素养。因此，教师在未来的生物教学中必须树立真探究的意识，在适当的引导下放手让学生去自主探究。另外在教学过程中，教师应为学生的思考留有余地，留给学生更多自主探究和创新的机会，尽量避免限制学生思维的“食谱式”假探究。例如，可以通过模型的构建来体现科学的思维方式，在引导学生构建模型的同时，培养其理论性探究能力，让学生能够积极主动、自如地建构和完善科学概念，体会科学知识的本质、科学理论的质量评价标准，以及科学知识形成的曲折历程，以提升学生的科学素养为目的。
3.3 多渠道开发课程资源，拓宽学生的视野
必须理性承认，美国在科学教育方面是世界的佼佼者，也必须意识到我国科学教育与美国科学教育之间的差距。作为教育工作者，应该首先拓宽自己的视野，树立“大课程观”的意识，不应该只满足于现有的课程资源，应该主动学习、借鉴和吸收国外优秀的课程资源，以提高我国的科学教育质量，拓宽学生的视野，增加其学习动力。
参考文献：
[1] 丁小丽，张子璐，闫亚平.美国高中生物教材的类型、编排、内容及启示[J].教学与管理：理论版，2015（18）：121-124.
[2] 陈坚，范新新.从初中生物课程标准（2011版）看概念教学[J].教学与管理，2013，（07）期：80-81.
[3] 任红艳，李广洲.理科问题解决中的多重表征模型及其教学价值.教育学报[J].2009，4
[4] David F.Treagust，J.K. Gilbert. Multiple Representations in Biological Education[M]. Springer Netherlands.2013