［摘要］ 首先對模型構(gòu)建描述功能、解釋功能、預(yù)測功能進(jìn)行概述，進(jìn)一步分析中學(xué)生物學(xué)模型構(gòu)建教學(xué)的動機，重點關(guān)注外部因素與內(nèi)部因素的關(guān)聯(lián)，嘗試激發(fā)并維持學(xué)生的建模動機。通過一系列實踐探索，得出模型構(gòu)建教學(xué)有利于學(xué)生表征個人知識、完善知識體系和實現(xiàn)學(xué)習(xí)遷移，同時還有助于學(xué)生觀察能力、思維能力的培養(yǎng)。

［關(guān)鍵詞］ 模型構(gòu)建教學(xué)；教學(xué)功能；教學(xué)實踐；中學(xué)生物學(xué)

近年來，世界各地對模型構(gòu)建的關(guān)注日趨增強，并且許多國家在教育計劃中多次提及建模能力（Modeling capability）。比如，20世紀(jì)80年代的美國，就將“建?！边@一概念引入了“2061計劃”，并在教育綱領(lǐng)文件中詳細(xì)闡述了不同教育年齡層次應(yīng)掌握的模型教育目標(biāo)。生物學(xué)課程有自成體系的學(xué)科特征、思維方式和價值理念。《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》提到，科學(xué)思維是指尊重事實和證據(jù)，崇尚嚴(yán)謹(jǐn)和務(wù)實的求知態(tài)度，運用科學(xué)的思維方法認(rèn)識事物、解決實際問題的思維習(xí)慣和能力?！澳Ｐ团c建?！笔强茖W(xué)思維的重要方法之一，其中模型具有描述、解釋、預(yù)測科學(xué)現(xiàn)象的重要功能，它可以幫助學(xué)習(xí)者理解抽象、不可即時觀察的科學(xué)概念；建模則是通過模型構(gòu)建輔助學(xué)習(xí)者建構(gòu)知識的一種手段，其能幫助學(xué)習(xí)者對所學(xué)概念進(jìn)行協(xié)商，最終達(dá)成學(xué)習(xí)目標(biāo)。因此，以模型為基礎(chǔ)的建模式教學(xué)是教師在教學(xué)中可以廣泛運用的策略。

一、中學(xué)生物學(xué)模型構(gòu)建的功能與應(yīng)用概述

1.模型的描述功能與應(yīng)用

模型主要是通過抓住原型的本質(zhì)特征，并依據(jù)類比原則，經(jīng)過簡化、純化過程構(gòu)建而成的。所以，借助模型可以有效地描述原型的本質(zhì)特點，以及各組成成分和要素之間的關(guān)系，從而幫助人們更好地理解原型。比如，細(xì)胞膜的流動鑲嵌模型（圖略），很好地描述了細(xì)胞膜的組成成分，以及其具有一定流動性的結(jié)構(gòu)特點、選擇透過性的功能特點等。

2.模型的解釋功能與應(yīng)用

模型作為科學(xué)解釋的一種工具，可以將邏輯、證據(jù)和現(xiàn)有知識建立關(guān)聯(lián)，然后就認(rèn)識對象的因果聯(lián)系、結(jié)構(gòu)與功能屬性，以及這一對象的起源和發(fā)展給出合理的解釋。模型解釋的對象可以是一個過程、觀點、想法、定律和原理等，如孟德爾基因分離定律、基因自由組合定律的遺傳圖解、達(dá)爾文自然選擇學(xué)說的解釋模型等?，F(xiàn)代生物進(jìn)化理論的解釋模型如圖1所示。

3.模型的預(yù)測功能與應(yīng)用

模型的預(yù)測功能是指通過研究模型可以推測有關(guān)原型的未知屬性等。模型的預(yù)測功能主要體現(xiàn)在科學(xué)知識的發(fā)展過程中。從認(rèn)知規(guī)律角度來審視，模型是科學(xué)研究的核心工作，而基于模型的科學(xué)研究則是推動科學(xué)知識發(fā)展的動力，是人們不斷地構(gòu)建模型、修改模型，甚至完全推翻原有的模型再重新構(gòu)建新的模型的過程。當(dāng)一個科學(xué)模型成為科學(xué)范式的時候，它會直接提高科學(xué)家的認(rèn)知，并且使他們傾向于運用此模型來預(yù)測和發(fā)現(xiàn)新的事物。其實，模型的預(yù)測功能還表現(xiàn)在通過研究模型來揭示事物的發(fā)展趨勢和發(fā)展規(guī)律，從而預(yù)測事物將來的發(fā)展?fàn)顟B(tài)或者預(yù)測新事物的產(chǎn)生。例如，根據(jù)測繪的種群S形曲線，為合理地控制種群數(shù)量、適時采伐、捕獲等提供理論指導(dǎo)，為害蟲的預(yù)測及防治提供科學(xué)依據(jù)，為保護(hù)珍稀、瀕危物種提供切實可行的方法等（見表1）。

二、中學(xué)生物學(xué)模型構(gòu)建教學(xué)動機的應(yīng)然分析

中學(xué)生物學(xué)模型構(gòu)建教學(xué)的動機是激勵學(xué)生在建?；顒又谐浞职l(fā)揮手腦協(xié)作功能，是推動學(xué)生解決實際問題的動力源泉。中學(xué)生學(xué)模型構(gòu)建教學(xué)同外部因素與內(nèi)部因素有著密切的關(guān)聯(lián)。

1.外部因素與內(nèi)部因素

教師在教學(xué)中重視生物學(xué)知識的應(yīng)用和建模。學(xué)生在這樣的教學(xué)活動中經(jīng)歷了生物學(xué)知識應(yīng)用與建模的過程，感受到生物學(xué)知識應(yīng)用于實際生產(chǎn)生活的意義。教師為學(xué)生創(chuàng)設(shè)的生物學(xué)建模的環(huán)境與條件，以及在教學(xué)中教師對學(xué)生提出的各種要求，這些方面共同形成了學(xué)生對生物學(xué)知識進(jìn)行應(yīng)用與建模的外部動機。

中學(xué)生興趣愛好較為廣泛。在課余科普讀物中，學(xué)生可能閱讀到與生物學(xué)知識應(yīng)用與建模有關(guān)的內(nèi)容，并對其產(chǎn)生興趣，或者從本校的或外校的同學(xué)參加生物學(xué)知識應(yīng)用與建?；顒又惺艿絾l(fā)，獲得自己認(rèn)知結(jié)構(gòu)中所沒有的新信息。由此，學(xué)生會產(chǎn)生一種好奇心，產(chǎn)生想進(jìn)一步了解它的愿望，并且會產(chǎn)生自己也想用所學(xué)過的生物學(xué)知識去解決實際問題的需求。所以，學(xué)生生物學(xué)建模內(nèi)部動機的最大特征就是成就動機。有的學(xué)生出于對生物學(xué)的愛好，有一種把生物學(xué)這門學(xué)科學(xué)好的認(rèn)知心理需求。有的學(xué)生由于參加過生物學(xué)知識應(yīng)用與建模的活動并取得了一些成績，對生物學(xué)建模有了切身體驗，獲得了一些成功的經(jīng)驗。他們通過運用自己掌握的生物學(xué)知識解決實際問題，在克服重重困難后終于取得成功，由此在心理上獲得一種滿足感，并產(chǎn)生自我發(fā)展的需求。

2.外部因素與內(nèi)部因素的關(guān)聯(lián)

外部動機與內(nèi)部動機是相互聯(lián)系、相互補充的，并且是可以互相轉(zhuǎn)化的。學(xué)生在外部動機作用下，完成教師布置的生物學(xué)知識應(yīng)用與建模作業(yè)，正確回答教師提出的問題，對實際情境中的數(shù)量關(guān)系作出合理的解釋，從中逐漸產(chǎn)生了對生物學(xué)建模的興趣，此時外部動機就轉(zhuǎn)化為內(nèi)部動機。相對而言，外部動機是短暫的，其作用是有限的，而內(nèi)部動機則是持久的、強烈的。事實證明，僅靠建模的外部動機，學(xué)生生物學(xué)知識應(yīng)用建模活動難以長久地開展下去，也不太可能取得良好的效果。只有不斷激勵并保持學(xué)生建模的內(nèi)部動機，建?；顒硬拍芰夹缘亻_展下去。

3.激發(fā)并維持學(xué)生的建模動機

為了激發(fā)并保持學(xué)生的建模動機，教師在教學(xué)活動中應(yīng)做到以下幾點。第一，創(chuàng)設(shè)問題情境，激發(fā)求知欲，培養(yǎng)興趣。在生物學(xué)知識應(yīng)用與建模教學(xué)活動中，教師要創(chuàng)設(shè)豐富、生動的問題情境，并用富有感染力的教學(xué)語言激發(fā)學(xué)生的求知欲，以便培養(yǎng)學(xué)生的建模興趣。第二，防止焦慮。學(xué)生參加生物學(xué)知識應(yīng)用與建模活動，會遇到各種各樣難以預(yù)料的困難和挫折，這些緊張、擔(dān)心、害怕、懷疑都是焦慮心理的表現(xiàn)，一定的焦慮能促進(jìn)學(xué)生建模的積極性，但是過度的焦慮卻會導(dǎo)致建模動機的動搖甚至喪失。為此，教師在建?；顒又幸芮嘘P(guān)注學(xué)生建模工作的進(jìn)展、心理活動的狀態(tài)，并設(shè)法就不同學(xué)生產(chǎn)生的問題，有針對性地鼓勵他們迎接困難和挑戰(zhàn)，給他們提供一些解決困難的具體幫助和建議。第三，及時評價，激勵成就動機。教師要認(rèn)可學(xué)生好的想法和做法，肯定學(xué)生工作中取得的成果，同時用合情合理的方式指出學(xué)生在建模中存在的問題。這種及時、恰當(dāng)?shù)脑u價，有助于激勵學(xué)生建模的成就動機。

三、中學(xué)生物學(xué)模型構(gòu)建教學(xué)的實踐意義

模型構(gòu)建教學(xué)的意義主要體現(xiàn)在學(xué)生可以借助模型對生命現(xiàn)象做出解釋，通過模型對科學(xué)探究做出猜測，憑借模型對科學(xué)本質(zhì)做出判斷。越來越多的國家將模型引入課程，旨在借助模型促進(jìn)學(xué)生加深對事物的理解，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會運用模型來解釋客觀事物發(fā)展和運轉(zhuǎn)方式。其實踐意義主要有以下兩點：

1.表征個人知識、完善知識體系和實現(xiàn)學(xué)習(xí)遷移

思維建模的方式有很多種，包括語義網(wǎng)絡(luò)、概念圖、知識圖譜、意象圖式等，當(dāng)下最為流行的是思維導(dǎo)圖。知識體系的建構(gòu)表現(xiàn)在，學(xué)生借助教師創(chuàng)設(shè)的情境與提供的建模工具，在解決問題的過程中，進(jìn)一步調(diào)整自己的概念模型結(jié)構(gòu)，并通過多種形式的認(rèn)知呈現(xiàn)，豐富和拓展內(nèi)部的認(rèn)知概念模型的意義，從而實現(xiàn)知識的進(jìn)一步系統(tǒng)化建構(gòu)。各學(xué)科教學(xué)的一個重要目的是幫助學(xué)生形成終身受用的關(guān)鍵能力和必備品格，其中知識遷移是一種重要的學(xué)習(xí)能力，而指向問題解決的思維建模方式能幫助學(xué)生形成在其他情境下靈活地應(yīng)用、轉(zhuǎn)變、改造相關(guān)知識的能力，從而實現(xiàn)學(xué)習(xí)的遷移。表征自己的知識，完善知識的建構(gòu)，實現(xiàn)學(xué)習(xí)的遷移的過程，這些都是需要學(xué)生主動完成的。同時，隨著在不同情境下問題解決能力的提高，學(xué)生進(jìn)一步感受到學(xué)科知識運用的意義，從而形成真正意義上的價值認(rèn)同。

2.模型構(gòu)建有助于觀察和思維能力的培養(yǎng)

觀察是人們認(rèn)識世界、增長知識的重要手段。建?；顒又袉栴}的提出、變量的篩選、生物學(xué)模型的建立和識別、規(guī)律的發(fā)現(xiàn)等，都依賴反復(fù)而認(rèn)真的觀察。不僅如此，思維和想象、模型的計算也都以觀察為基礎(chǔ)。對于中學(xué)生物學(xué)模型構(gòu)建教學(xué)中的觀察，首先是觀察全局，問題情境呈現(xiàn)了一些什么現(xiàn)象，這些現(xiàn)象中有哪些因素在相互作用、相互影響，哪些因素可以用數(shù)量來描述，其中哪些是常量、哪些是變量；其次是觀察哪些量彼此相關(guān)，是一種什么關(guān)系，在確定了研究對象之后，則要深入局部，側(cè)重觀察研究對象與哪幾個量有關(guān)，其中對研究對象影響較大的量有哪些；當(dāng)學(xué)生通過調(diào)查掌握了一些數(shù)據(jù)之后，最后要觀察這些數(shù)據(jù)是怎樣變化的、有無規(guī)律可循、是什么樣的規(guī)律等。

這里的思維主要指生物學(xué)思維，它貫穿于生物學(xué)知識應(yīng)用與建?；顒拥氖冀K。學(xué)生生物學(xué)思維的發(fā)展大致分為兩個階段。第一階段，學(xué)生處于形象思維的初級階段。在這一階段，對觀察到的材料加工、整理，并將感知到的數(shù)量關(guān)系及結(jié)構(gòu)或空間形式，轉(zhuǎn)換成生物學(xué)的語言，如符號語言、圖形語言、表格語言、算法語言等。第二階段，一般是邏輯思維階段和形象思維的高級階段。學(xué)生將所感知到的材料與自己已有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)相比較，根據(jù)觀察感知到的材料的性質(zhì)與特點，將問題歸類，確定建模的方向，創(chuàng)造性地建立生物學(xué)模型。如果說，學(xué)生已有的生物學(xué)知識和方法不足以研究解決所面臨的問題，則需要學(xué)習(xí)新的知識和方法，或者重新觀察、分析材料，通過抓住主要因素，舍去次要因素，進(jìn)一步簡化問題，形成新的認(rèn)知，在一個新的層面上重新建模并求解。

綜上所述，中學(xué)生物學(xué)中的模型構(gòu)建教學(xué)是課程教學(xué)改革背景下的應(yīng)然取向。開展模型構(gòu)建教學(xué)，不僅有利于中學(xué)生物學(xué)課程改革的落地，還有利于學(xué)生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

[本文系江蘇省教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃課題“模型構(gòu)建：聚焦中學(xué)生物學(xué)科探究式教學(xué)的研究”（項目編號：JS/2020/YZ-c/2020/13）研究成果]

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