楊其 霍靜 楊宿燕

摘要：科學(xué)思維的培養(yǎng)需要建立在解決實(shí)際問題的過程中。本研究編制了高中生物系列模型評(píng)價(jià)量表，在對(duì)其進(jìn)行驗(yàn)證和修訂后，應(yīng)用該量表對(duì)“DNA到性狀表現(xiàn)”的生物系列模型進(jìn)行評(píng)價(jià)。結(jié)果表明系列模型評(píng)價(jià)量表可用于分析高中生物系列模型質(zhì)量，發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維。

關(guān)鍵詞：高中生物;科學(xué)思維;系列模型;評(píng)價(jià)量表

模型從功能角度上可以分為物理模型、概念模型、數(shù)學(xué)模型、圖像模型、類比模型、模擬等[1]?！澳Ｐ团c建模”是科學(xué)學(xué)習(xí)者的關(guān)鍵工具[2]，是逐漸發(fā)展中學(xué)生科學(xué)思維的具體方法?！镀胀ǜ咧猩镎n程標(biāo)準(zhǔn)（2017版）》（以下簡(jiǎn)稱“新課標(biāo)”）強(qiáng)調(diào)應(yīng)用模型幫助學(xué)生理解抽象的科學(xué)知識(shí)。例如，“遺傳的分子基礎(chǔ)”知識(shí)單元包括的模型有DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)，基因轉(zhuǎn)錄、翻譯過程圖解等。這些類型多樣的模型，分別隸屬于不同的章節(jié)，幫助學(xué)生理解對(duì)應(yīng)的生物學(xué)概念，但孤立的知識(shí)，不利于形成知識(shí)間的聯(lián)系，學(xué)生難以形成知識(shí)結(jié)構(gòu)。為了解決這個(gè)問題，本研究根據(jù)已發(fā)表文獻(xiàn)中的“花青素合成酶”基因的一段具體序列，制作了一個(gè)“花青素合成酶基因的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)”物理模型，并配合該序列制作了轉(zhuǎn)錄、翻譯的動(dòng)態(tài)的圖像模型，以及學(xué)生動(dòng)手操作的蛋白質(zhì)翻譯物理模型，再利用提取出的花青素，讓學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)，觀察植物的顏色隨環(huán)境pH的變化而變化，通過構(gòu)建的這一套系列模型幫助學(xué)生探秘姹紫嫣紅的植物世界，理解植物花的顏色性狀由基因和環(huán)境因素共同決定，并建構(gòu)起了從“DNA到性狀表現(xiàn)”的知識(shí)結(jié)構(gòu)，這種具有聯(lián)系的多個(gè)模型，組合成了“生物系列模型”。

如何評(píng)價(jià)該生物系列模型是否符合中學(xué)教學(xué)的需要，是否能幫助學(xué)生形成知識(shí)結(jié)構(gòu)，并基于生物學(xué)事實(shí)和證據(jù)運(yùn)用歸納與概括、演繹與推理等方法，探討、闡釋生命現(xiàn)象及規(guī)律，發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維，還須開發(fā)相關(guān)的評(píng)價(jià)量表進(jìn)行評(píng)價(jià)。因此，在完成系列模型開發(fā)與制作的基礎(chǔ)上，從評(píng)價(jià)的目標(biāo)和任務(wù)出發(fā)，采用演繹的思維方式[3]，編制和修訂生物系列模型評(píng)價(jià)量表，并用于評(píng)價(jià)“遺傳的分子基礎(chǔ)”的系列模型，檢測(cè)其實(shí)效性。

生物系列模型是高中生物學(xué)相關(guān)的、由師生共同建構(gòu)的模型，是思想、事件、過程與實(shí)物結(jié)合后的系統(tǒng)表現(xiàn)，是為達(dá)成生物學(xué)教育目標(biāo)而模擬原型并做了簡(jiǎn)化的描述。它不包括原型的全部特征，但能描述、解釋、反映原型所包含的科學(xué)知識(shí)及其本質(zhì)特征，并建立要素或變量之間的關(guān)系[4]。系列模型是多個(gè)有聯(lián)系的模型，幫助學(xué)習(xí)理解知識(shí)單元的結(jié)構(gòu)，并發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維。

一、生物系列模型指標(biāo)體系的初構(gòu)

在參考與模型評(píng)價(jià)相關(guān)的文獻(xiàn)基礎(chǔ)上，考慮到“教具”也是模型的一種形式，又搜集“中學(xué)生物模型評(píng)價(jià)”和“中學(xué)生物教具評(píng)價(jià)”相關(guān)的文獻(xiàn)資料，提取出與生物模型評(píng)價(jià)相關(guān)的指標(biāo)進(jìn)行詞頻統(tǒng)計(jì)，得到圖1所示結(jié)果。

通過分析、比較圖1各指標(biāo)內(nèi)涵，將指標(biāo)有重合的內(nèi)容進(jìn)一步整合，如科學(xué)性和準(zhǔn)確性;將不同層次的指標(biāo)進(jìn)一步進(jìn)行歸類，如使用價(jià)值應(yīng)該包含了傳遞知識(shí)、掌握知識(shí)間的聯(lián)系等。確定了生物系列模型是對(duì)所表征對(duì)象的簡(jiǎn)化和描述，并以“基本特性”“在學(xué)習(xí)中的作用”和“主要特色”三個(gè)指標(biāo)作為高中生物系列模型評(píng)價(jià)的一級(jí)指標(biāo)。

“基本特性”主要依據(jù)模型建構(gòu)的基本原則。模型是對(duì)所表征對(duì)象的簡(jiǎn)化和描述，必須具科學(xué)性，即模型與所表征對(duì)象具有相似性且更簡(jiǎn)明。除此之外，模型還應(yīng)有趣、美觀，才能引起學(xué)生探究的欲望[5]。因此，系列模型的二級(jí)指標(biāo)包括相似性、簡(jiǎn)明性、趣味性、美觀性。由于系列模型涉及多個(gè)模型，它們間應(yīng)相互關(guān)聯(lián)，因而系列模型的二級(jí)指標(biāo)還應(yīng)包括系統(tǒng)性。

“在學(xué)習(xí)中的作用”的基本指標(biāo)由模型建構(gòu)的目的確定。高中生物系列模型是為了幫助學(xué)生更好地完成知識(shí)的記憶和理解，為其在新環(huán)境中實(shí)現(xiàn)知識(shí)的遷移應(yīng)用作基礎(chǔ)，即訓(xùn)練學(xué)生科學(xué)思維。具體表現(xiàn)在能幫助學(xué)生突破生物學(xué)重難點(diǎn)知識(shí)的學(xué)習(xí)[6]，并將知識(shí)有效串聯(lián)，形成知識(shí)結(jié)構(gòu);結(jié)合創(chuàng)設(shè)的學(xué)習(xí)情境，啟發(fā)學(xué)生思考相關(guān)問題，分析問題，基于事實(shí)和證據(jù)解決問題，從而發(fā)展科學(xué)思維?！霸趯W(xué)習(xí)中的作用”的二級(jí)指標(biāo)包括呈現(xiàn)知識(shí)、簡(jiǎn)化重難點(diǎn)知識(shí)、促進(jìn)形成知識(shí)結(jié)構(gòu)、啟發(fā)思考、解決問題。

“主要特色”是生物系列模型在其他方面的優(yōu)點(diǎn)。建構(gòu)模型時(shí)，如果在前人研究基礎(chǔ)之上，不斷創(chuàng)新、完善，能強(qiáng)化學(xué)生創(chuàng)新思維的培養(yǎng);如果能考慮工程、藝術(shù)、物理等多學(xué)科的知識(shí)，并且從學(xué)生認(rèn)知特點(diǎn)出發(fā)，注重教育情境的創(chuàng)設(shè)以及模型的互動(dòng)效果的設(shè)計(jì)，能豐富模型的內(nèi)涵。同時(shí)，模型制作材料應(yīng)優(yōu)先考慮生活中容易獲得的物品，這樣模型會(huì)更具有安全性、實(shí)用性，具備推廣價(jià)值?！爸饕厣卑亩?jí)指標(biāo)有創(chuàng)新性、可操作性、多學(xué)科知識(shí)融合性、可推廣性。

二、驗(yàn)證與完善生物系列模型評(píng)價(jià)量表

量表初步完成后，首先咨詢了6名專家型高中生物教師對(duì)指標(biāo)體系的意見，根據(jù)專家意見修訂出“生物系列模型評(píng)價(jià)量表”的指標(biāo)體系。

之后利用“問卷星”平臺(tái)，向中學(xué)生物教師咨詢“生物的系列模型評(píng)價(jià)量表”各級(jí)指標(biāo)意見，通過網(wǎng)絡(luò)回收有效問卷43份。再用定量統(tǒng)計(jì)法對(duì)單純排序指標(biāo)利用公式（1-1）[7]計(jì)算權(quán)重。

（注：n為有效問卷總數(shù);m為同層指標(biāo)數(shù);Ri為各指標(biāo)各個(gè)等級(jí)排序之和;Wi為指標(biāo)的權(quán)重，∑Wi=1。）

根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，計(jì)算各級(jí)指標(biāo)及其權(quán)重如表1所示，對(duì)評(píng)價(jià)量表中的每一項(xiàng)指標(biāo)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)制定為優(yōu)、良、中、差四個(gè)等級(jí)，分別表示4、3、2、1分，得到最終的評(píng)價(jià)量表（見表1）。

三、生物系列模型評(píng)價(jià)量表的初步應(yīng)用

邀請(qǐng)5名專家利用建構(gòu)的生物系列模型評(píng)價(jià)量表進(jìn)一步評(píng)價(jià)以“從DNA到性狀表現(xiàn)”遺傳的分子基礎(chǔ)知識(shí)單元系列生物模型。優(yōu)、良、中、差分別計(jì)分為4、3、2、1。專家評(píng)分的平均分為3.22分。一級(jí)指標(biāo)分值與總分的相關(guān)系數(shù)為0.884～0.933，均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P值均<0.05），說明相關(guān)性較大。二級(jí)指標(biāo)信度分別為0.79～0.86，量表的總體信度為0.83，均在0.70以上。也就是說，本研究構(gòu)建的高中生物系列模型評(píng)價(jià)指標(biāo)體系具有較好的內(nèi)部一致性。

模型的建構(gòu)和使用，離不開故事和話語理解、演繹和歸納推理[8]，生物系列模型能夠幫助學(xué)生形成知識(shí)結(jié)構(gòu)，能在發(fā)展學(xué)生科學(xué)思維上發(fā)揮指導(dǎo)作用。開發(fā)生物系列模型的評(píng)價(jià)量表，對(duì)于教師有據(jù)可循的教學(xué)行為具有重要的指導(dǎo)意義。

教師在建構(gòu)系列模型教學(xué)時(shí)，為了避免主觀上的偏見，需要在教學(xué)實(shí)踐中尋找評(píng)價(jià)教學(xué)行為的依據(jù)，編制評(píng)價(jià)量表就是一個(gè)重要的工具，在這個(gè)過程中教師的教學(xué)行為可以得到規(guī)范，也為培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維找到載體。通過開發(fā)更具針對(duì)性的與原型相似并且比其簡(jiǎn)明的模型，簡(jiǎn)化重難點(diǎn)知識(shí)，有效地呈現(xiàn)關(guān)鍵知識(shí)，易于學(xué)生掌握;通過開發(fā)相互關(guān)聯(lián)的多個(gè)模型，將知識(shí)有效串聯(lián)，幫助學(xué)生形成知識(shí)結(jié)構(gòu)，為學(xué)生知識(shí)遷移應(yīng)用、問題解決作鋪墊;通過開發(fā)趣味性、美觀性強(qiáng)的模型，吸引學(xué)生主動(dòng)探索，在動(dòng)手操作過程中啟發(fā)學(xué)生思考、闡釋生命現(xiàn)象及規(guī)律;通過開發(fā)融合多學(xué)科知識(shí)的模型，幫助學(xué)生更好地審視或論證生物學(xué)社會(huì)議題，應(yīng)用多學(xué)科知識(shí)來共同解決生活中的問題[9]，讓學(xué)生在基于模型證據(jù)解釋現(xiàn)象、解決問題的過程中發(fā)展科學(xué)思維。

教師還可以為學(xué)生創(chuàng)設(shè)合理的建模情境，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)生命現(xiàn)象進(jìn)行觀察，使用類比推理將他人模型的各個(gè)方面綜合，運(yùn)用創(chuàng)造性思維自主建構(gòu)模型，解決問題。學(xué)生所建模型顯示出的知識(shí)通常比用傳統(tǒng)評(píng)價(jià)方法評(píng)價(jià)出的內(nèi)容更深刻也更具理解性[10]。教師可通過評(píng)價(jià)量表評(píng)價(jià)學(xué)生建立的模型，以此評(píng)估學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解，有效地對(duì)學(xué)生進(jìn)行知識(shí)獲得和科學(xué)思維訓(xùn)練上的指導(dǎo)。

高中生物系列模型評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的編制是一項(xiàng)改善基礎(chǔ)教育生物課程質(zhì)量的基礎(chǔ)工作。本研究在探索指標(biāo)體系時(shí)，依據(jù)是我國高中生物課程標(biāo)準(zhǔn)和生物教材對(duì)科學(xué)思維、模型相關(guān)的界定和描述，運(yùn)用了測(cè)量學(xué)的理論和經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)考慮生物課程教學(xué)中的實(shí)際狀況，為高中生物教學(xué)中模型的建構(gòu)、評(píng)價(jià)、基于模型的科學(xué)思維的訓(xùn)練提供了基礎(chǔ)資料。

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【責(zé)任編輯 郭振玲】

該文為重慶市人文社會(huì)科學(xué)重點(diǎn)研究基地項(xiàng)目“科學(xué)實(shí)驗(yàn)與科學(xué)思維培養(yǎng)的策略研究”（14SKB039）、重慶市普通高中教育教學(xué)改革研究課題“基于生物教學(xué)的學(xué)生理性思維培養(yǎng)的實(shí)踐研究”（2017CQJWGZ3044）的部分成果