用信息技术进行生物建模教学必要性

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  由于模型和模型方法在现代生命科学中起着越来越大的作用,是现代高中学生必须了解和应用的重要的科学方法。因此,新课标依据国际科学教育的发展,将模型和模型方法列入了课程目标之一。
  一、 模型和模型方法
  20世纪30年代,贝塔朗菲在提出机体系统论概念的同时,主张用数学和模型方法研究生命现象。所谓“模型”,就是模拟所要研究事物原型的结构形态或运动形态,是事物原型的某个表征和体现,同时又是事物原型的抽象和概括。它不再包括原型的全部特征,但能描述原型的本质特征。模型一般可分为物理模型和数学模型两大类。
  不论是物理模型还是数学模型,都能够使研究对象直观化和简化,同时还可以简略描述研究成果,使之便于理解和传播。生物学是研究自然界中生命运动最基本、最普遍的规律以及生物体的结构,自然界生物种类繁多、运动错综复杂,几乎每个具体的问题都要涉及到许多因素。通过建构模型能够排除非本质因素的干扰,舍弃次要因素和无关因素,突出反映事物的本质特征,从而使生命現象或过程得到简化、纯化和理想化,因此,在生物课堂教学中适当利用模型往往能够达到事半功倍的教学效果。
  模型方法,作为一种现代科学认识手段和思维方法,所提供的观念和印象,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,在高中生物教学中有着广泛的应用价值和意义。“美国《国家科学教育标准》把模型和科学事实、概念、原理、理论列为科学主题的重点,并将构建、修改、分析、评价模型作为高中学生的基本科学探究能力…”。
  生物模型方法是解决生物问题的一种逻辑方法,尽可能地通过运用抽象化、简化、分析、推理、具象思维等形式去再现原形的各种复杂结构、功能和联系。模型建立是指在抽取的生物对象的基础上,寻找生物对象在发生、发展、遗传等生命过程中表现的定量或定性规律,它属于生物学知识集中运用环节。生命问题的解答过程,一般是对所研究的问题构成模型,分析模型、解算模型的过程。
  二、利用信息技术进行生物建模的必要性
  以计算机为主的信息技术,为教学中培养学生生物学模型方法,提供了强大的机遇,创设了丰富的内涵。
  (1)从模型的建立上,计算机提供了强大的模拟功能。一方面,计算机提供模型,有许多生物学模型,特别是宏观的、或微观的生物对象,可以方便地利用计算机制作,在媒体的表现力、重现力、接触面、参与性和受控性等方面存在着明显的优势。另一方面,计算机提供建模方法的运用,对于生物的生理、生化过程,利用计算机的虚拟功能,可以动态地模拟整个过程,提供交互和深刻的感知体验、情景体验,为学生培养模型方法和建模能力提供了可能。
  (2)从思维的发展上看,高中学生正经历着从形象思维到抽象思维的发展过程,模型方法和信息技术本身就是形象思维和抽象思维的统一体。生物学模型不仅反映了原型的直观性,反映了原型的主要特征,抓住了影响问题的主要因素,而且是以科学知识和实验事实为依据,经过分析、综合、比较、抽象、概括、推理等一系列逻辑论证而建立起来的,既利用了分析、比较、抽象、概括等抽象思维的方法,也利用了形象类比等形象思维的方法,是抽象思维和形象思维共同作用的过程。信息技术在生物教学的应用,目前主要在利用计算机多媒体的综合处理能力,形成图、文、声、像并茂的多媒体教学系统,具有丰富的表现手法和强撼的表现力,能够其体形象再现生物形态、结构、运动变化,虚幻模拟生物遗传变异、生态演化、生物进化的动态过程,从而揭示生命的现象和本质,架设了从形象思维到抽象思维的桥梁。
  (3)从教学过程的组成要素来看,信息技术与模型方法,不仅作为教学媒体,在教学过程中起着承载和传递信息,成为教学系统的重要要素;而且可以指导着教师、学生、学习内容等教学因素,并创设各种学习情境助于建构理论的实施,联接着直接经验和间接经验。
  (4)从教学评价来看,信息技术与模型方法的结合在形成性评价方面可以互相补充互相完善。模型方法在教学评价方面,主要体现在学生的思维方式和思维过程的评价,信息技术为教学评价提供了强大的交互和反馈的功能,便于及时了解各阶段教学的效果和学习进展情况,适时调整和改进教学。
  生物模型方法是生物教学的一个重要内容,是进行科学方法教育必需贯彻落实的重要组成部分。运用信息技术进行模型方法教学,可以更加充分、有效地发挥模型方法功能,提高学生生物学素养。
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