用模型方法提高學生科學素養(yǎng).doc

1、用模型方法提高學生科學素養(yǎng)建甌一中左勤勇大家好！我是建甌一中左勤勇，今天與大家交流一下，從2009年11月立項并開題以來，我的課題思考和實踐。給大家匯報的主題是“基于生物學科科學方法的提高學生科學素養(yǎng)的途徑與方法研究課題思考和實踐研究。分三 的方面的內(nèi)容：1、思考和實踐的背景2、基于生物學科科學方法的課題思考和實踐研究3、共享一些資源1思考和實踐的背景1.1科學素養(yǎng)科學素養(yǎng)（ScientificLiteracy ）:國際上普遍將科學素養(yǎng)概括為三個組成部分，即對于科學知識達到基本的了解程度；對科學的研究過程和方法達到基本的了解程度；對于科學技術(shù)對社會和個人所產(chǎn)生的影響達到基本的了解程度。目前各國

2、在測度本國公眾科學素養(yǎng)時普遍采用這個標準。只有在上述三個方面都達到要求者才算具備基本科學素 養(yǎng)的公眾。國際學生科學素養(yǎng)測試大綱（PISA ）中 提出，科學素養(yǎng)的測試應該有三個方面 組成（在測試范圍上）1、科學基本觀念（科學知識）2、科學實踐過程（科學研究的過程）3、科學場景（科學對社會的作用）標準指出1、必要的科學知識2、科學的思維方式、對科學的理解3、科學的態(tài)度與價值觀科學素養(yǎng)的形成是長期的，早期的科學教育將對一個人的科學素養(yǎng)的形成具有決定性的作用。作為一位生物教師我們的課題和教學目標是“提高學生的生物科學素養(yǎng)”，在生物課程標準中，把”提高生物科學素養(yǎng)”這一課程理念轉(zhuǎn)化為課程目標的三個維度：

3、知識、能力、情感態(tài)度與價值觀。同時這三個維度在課程實施中是一個有機的整體?！奔聪Ｍ麑W生們能更多、更好地掌握和運用生命科學的概念和過程于生活和發(fā)展之中。1.2科學方法科學方法是人們?yōu)楂@得科學認識所采用的規(guī)則和手段系統(tǒng)。它是科學認識的成果和必要條件?？煞譃槿齻€層次：（1）單學科方法，也稱專門科學方法；（2）多學科方法，也稱一般科學方法，是適用于自然科學和社會科學的一般方式、手段和原則；（3）全學科方法，是具有最普遍方法論意義的哲學方法。簡單的講，科學方法是指進行科學研究，描述科 學調(diào)查，根據(jù)證據(jù)獲得新知識的模式或過程。以我們的人教版普通高中生物課程標準實驗教科書為例，人教版普通高中生物課程標準實驗

4、教科書在著力構(gòu)建知 識體系的同時，也力圖構(gòu)建符合高中學生探究能力發(fā)展需要的科學方法體系和技能體系。下面對教材中的科學方法體 系作簡要的分析。學科教學中的科學方法層次內(nèi)容第一學科內(nèi)的特殊的方法，如生物學研究中的冋位素標記示蹤法、分離細胞器的方法、解剖的方法等第二科學研究的一般方法，這些方法是從物理、化學、生物學等自然科學研究中概括出來的適用于各門自然科 學研究的共同方法第三最具有普遍意義的哲學方法，如唯物辯證法、矛盾分析法等，這些方法適用于自然科學、社會科學和思維科學科學方法具體如圖:1基于生物學科科學方法的課題思考和實踐研究（1）多級管理：學院管理、學會管理、學校管理、學科管理學院管理：經(jīng)專家

5、評審，課題：高中生物模型建構(gòu)課堂活動理論與實踐研究作為2011年度福建教育學院基礎教育研究課題立項。立項項目編號：2011YB039,已完成課題開題會學校管理：結(jié)合學校近期小課題研究，把課題小化為1、模型重構(gòu)課堂活動實踐組（問題解決型）2、必修一、二物理模型建構(gòu)課堂活動實踐組（經(jīng)驗總結(jié)型）3、概念模型建構(gòu)課堂活動在復習課中的運用實踐組（探求新知型），學科管理：建甌一中生物組組長吳躍光組織和參與課題各項活動，李濤、池秋景、朱素娟分別為三個小組的負責人，其中池秋景老師負責的模型重構(gòu)課堂活動實踐組已確定兩個課堂課題，具體內(nèi)容為：（1）必修三“建立血糖調(diào)節(jié)的模型” （2）選修三“重組 DNA分子的模擬

6、操作”序號小課題研究內(nèi)容主持教師參與教師1“血糖調(diào)節(jié)模型構(gòu)建活動”的重構(gòu)池秋景左勤勇、曾茂鳳2構(gòu)建種群增長的數(shù)學模型李濤黃福明魏松偉3模型構(gòu)建在復習中的作用朱素娟吳躍光詹立群這里具體介紹模型方法2. 1模型、模型分類和特點、模型方法2. 1.1關于模型模型是模擬原型的新型體，它是對原型的抽象和概括，它沒有包括原型的所有特征，但可以反映原型最本質(zhì)的特征。JihiiE餌祥nn匕羅建空科爍型g關系存總閨3個基本特點： 是對實際對象的模仿和抽象；組成體現(xiàn)認識對象系統(tǒng)中的主要因素：反映主要因素之間的關系。2.2.3.1.2. 模型的分類和特點從模型的表現(xiàn)形式分：形象（物理）模型和抽象模型（概念模型、數(shù)學

7、模型、軟件模型等）從模型的研究對象分：真實模型、替代模型以及人工模擬模型等幾種類型 我們從模型的表現(xiàn)形式上看看他們的特點： 物理模型。以實物或圖畫形式直觀反映認識對象的形態(tài)結(jié)構(gòu)或三維結(jié)構(gòu)，這類實物或圖畫即為物理模型。（ 1）物理模型的特點是： 實物或圖畫的形態(tài)結(jié)構(gòu)與真實事物的特征、 本質(zhì)非常相像， 大小一般是按比例放大或縮小的。 實物模型常見的有 DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型、真核細胞亞顯微結(jié)構(gòu)模型等（2）概念模型。以圖示、文字、符號等組成的流程圖形式對事物的生命活動規(guī)律、機理進行描述、闡明，這就是概 念模型。具體形式概念圖概念模型的特點是圖示比較直觀化、模式化，由箭頭等符號連接起來的文字、關鍵詞比較

8、簡明、清楚，它們既能 揭示事物的主要特征、本質(zhì)，又直觀形象、通俗易懂。例如植物細胞的有絲分裂概念模型、生態(tài)系統(tǒng)能量流動模型概念模型（3）數(shù)學模型。用來表達生命活動規(guī)律的計算公式、函數(shù)式、曲線圖以及由實驗數(shù)據(jù)繪制成的柱形圖、餅狀圖等稱 為數(shù)學模型。初中部分有： 1、細胞體積為什么這么?。ú荒軣o限長大的數(shù)學建模解釋）（七上；第二單元生物體的結(jié)構(gòu)第三章 第三節(jié) 細胞通過分裂而增殖 P50活動：研究細胞體積與表面積的關系）計算公式或函數(shù)式則是根據(jù)數(shù)學上的等量關系、用字母符號建立起來的變量之間定量關系式 例種群數(shù)量計算公式曲線圖的特點是在利用坐標系描述 2 個變量之間的定性或定量關系 酶的活性變化曲線、

9、種群增長曲線、東亞飛蝗種群數(shù)量的波動 餅形圖通常是百分比含量的圓餅狀表示 組成人體細胞的主要元素（占細胞鮮重的百分比）組成人體細胞的主要元素（占細胞干重的百分比） 幼兒和成人體內(nèi)的含水量 、初中 7年級下第 4 單元生物圈中的人第 14章人在生物圈中的義務第一節(jié)人類活動對生物圈的影響P120頁圖14-2地球上的陸地狀況示意圖柱形圖是依據(jù)實驗數(shù)據(jù)在坐標系內(nèi)用柱形方式表示的 2個變量之間不連續(xù)的定量關系 它和柱形圖差別在于柱形圖中間是有空隙的，而直方圖是一個挨著一個的。 在體育實踐中常常提到優(yōu)秀運動員的數(shù)學模型。如經(jīng)調(diào)查統(tǒng)計現(xiàn)代的世界級短跑運動健將模型為身高1.80 米左右、體重 70 公斤左右，

10、 100 米成績 10 秒左右或更好等。（4）軟件模型。用計算機語言編寫、反映變量之間邏輯關系的應用程序。 這種抽象模型的計算機模擬在生態(tài)學、群體遺傳學、基因組研究等很多領域里已成為重要的研究方法。2. 1.3 模型方法2. 1.3 1 模型方法的概 念 模型方法是一種現(xiàn)代科學認識手段和思維方法，以研究模型來揭示原型的形態(tài)、特征和本質(zhì) 的方法，是邏輯方法的一種特有形式。模型方法是以研究模型來揭示原型的形態(tài)、特征和本質(zhì)的方法，是邏輯方法的一種特有形式。模型舍去了 原型的一些次要的細節(jié)、非本質(zhì)的聯(lián)系，以簡化和理想化的形式去再現(xiàn)原型的各種復雜結(jié)構(gòu)、功能和聯(lián)系，是 連接理論和應用的橋梁?；蛘邠Q句話說，

11、模型方法是把認識對象作為一個比較完整的形象表示出來，從而使問 題簡明扼要，以便窺見其本質(zhì)的方法。從思維方法上遵循化繁為簡的原則，把復雜的實際問題轉(zhuǎn)化為理想的簡 單問題。例如，揭示生物大分子的結(jié)構(gòu)，用建立理想模型的方法是一種成功的選擇。模型實際上是假設的一種特殊形式， 也可以說是科學性和假定性的辯證統(tǒng)一。它不僅要在時間中接受檢驗，而且還要在實踐中擴展、補充和修正。1951 年11月，沃森在前人研究的基礎上著手建立 DNA分子模型工作，但由于計算錯誤，第一次建立的 DNA分子模型定為三股 鏈的結(jié)構(gòu)。后來，他對 DNA分子中堿基間的吸引力重新進行計算，并受到查加夫工作的啟發(fā)，解決了“堿基配對”的 問

12、題。他們有看到了富蘭克林工作部分細節(jié)報告， 經(jīng)過反復討論， 終于在 1953 年初提出了 DNA 雙螺旋結(jié)構(gòu)的分子模型。在生物科學學習中，模型提供觀念和印象，是非常吸引學生的生動的感性材料，是學生知識結(jié)構(gòu)的 重要組成部分。它不僅對學生學習生物科學有幫助，而且還有助于學生將來進行科學研究、走入社會參 加工作，更好地解決生活和工作中的問題。另一方面，這種科學方法的學習和應用，不僅有利于學生形 成系統(tǒng)的科學認知觀，同時還強化了與其他學科，如數(shù)學、物理、化學等學科的內(nèi)在聯(lián)系。在初中課標中要求具有收集和利用課內(nèi)外的圖文資料及其他信息的能力，這些圖文資料及其他信息往往都是模型 提供的，新課標中建立模型被列

13、為一項技能目標，并作為高中學生必備的生物科學素養(yǎng)。國家和地方的新高考大綱（說明）也已明確將這一技能素養(yǎng)的掌握水平作為考核對象，并作為高中學生必備的生物科學素養(yǎng)。模型方法的一般程序（1）掌握原理。掌握模型所代表的知識、過程、規(guī)律、機理等，弄清模型的構(gòu)成要素或包含內(nèi)容之間的邏輯關系。（2）明確類型。明確所構(gòu)建的模型屬于哪種類型，知道該種模型的特點及表現(xiàn)形式。（3）構(gòu)建草圖（框架）。選擇適當?shù)膱D形、文字、符號勾勒出草圖，或用適當?shù)拇罱蚣??；谀Ｐ偷耐ㄟm性、典型 性，所以在構(gòu)建時只需要考慮大多數(shù)情況即可，一般不考慮極少數(shù)情況或特例。（4）修飾完善。對照原理查驗所構(gòu)建的草圖（框架），確保其科學性；然后

14、進一步修飾完善模型，力求規(guī)范、簡潔、直觀、有美感；最后構(gòu)建出正式的模型。（5）補充詮釋。對一些模型要添加必要的文字說明、示例、圖注等，使模型更科學、更清楚、更規(guī)范。2. 1.3. 3 制作真核細胞的三維模型模型建立的特點是提供一定的指導，由學生動手動腦建構(gòu)模型，能力目標是讓學生領悟和運用建構(gòu)模型的方法。 例如制作真核細胞的三維模型。教材中描述的是在電子顯微鏡下才能觀察到的微細結(jié)構(gòu)，因而學生缺乏感性認識。因此，學生親身體驗模擬制作“細胞”的立體結(jié)構(gòu)模型有助于再現(xiàn)有的實驗條件下讓細胞變“微觀”為“宏觀”，而 更好地構(gòu)建他們完整的知識體系。 學習和掌握細胞的結(jié)構(gòu)主要包括有細胞膜、細胞質(zhì)、細胞核，其中

15、細胞質(zhì)中含各種細胞器，主要有線粒體、內(nèi) 質(zhì)網(wǎng)、高爾基體、核糖體、中心體、溶酶體等。 明確科學第一、美觀第二的原則構(gòu)建物理模型，確定制作模型規(guī)格（大小，展示的是全部還是局部，平面圖還是立體圖等）、模型包含的結(jié)構(gòu)，遵循安全、實用、經(jīng)濟三原則尋找和選擇材料等設計制作模型方案。 構(gòu)建草圖（框架）修飾完善補充詮釋學生以小組形式合作完成真核細胞的模型制作，并交流成果，作出評價。成果：學生做的模型有：用硬紙殼作“細胞壁”，塑料薄膜緊貼其上當作“細胞膜”，用橡皮泥精心捏制成各 種各樣的細胞器；用精美的包裝盒作細胞壁，內(nèi)有一層硬質(zhì)的透明殼作細胞膜，用瓊脂制作透明的細胞質(zhì)基質(zhì)，用 中藥小藥丸作核糖體散放在其內(nèi)，非

16、常形象直觀，也利于保存和收藏等。在整個制作過程中，學生討論分析，分工合作，氣氛熱烈。設計物理模型方法的 3點體會熟悉所構(gòu)建對象的結(jié)構(gòu)組成和空間構(gòu)象：可從生物課本、物理、化學、通用技術(shù)、美術(shù)等教材中選擇模型對象。 選取合適的構(gòu)建材料，選材的原則是：相仿、方便、實用、簡易、醒目易識別，安全、實用、經(jīng)濟、環(huán)保。 遵循科學第一、美觀第二的原則，確定適當?shù)哪Ｐ图皹?gòu)件的比例和大小，形象、清楚地用圖示突出構(gòu)建對象的 顯著特征，可忽略次要或無關的細節(jié)，對照、修飾、完善之后力求圖示、文字、符號組合的合理、協(xié)調(diào)、美觀2.2.3.1.3. 5概念模型與概念圖。以圖示、文字、符號等組成的流程圖形式對事物的生命活動規(guī)律

17、、機理進行描述、闡明，這就是概念模型。具體 形式即概念圖建構(gòu)概念模型方法的應用事例 例1 :分層次逐步繪出在復習必修一第一到三章“細胞的結(jié)構(gòu)、生命系統(tǒng)的層次性”內(nèi)容中，由“生物體”這一宏觀概念切入進“細胞” 微觀概念，再到“生物個體”，最后形成知識概念圖。從生物的多樣性現(xiàn)象，探索生命的奧秘，生物體的結(jié)構(gòu)和功能的基本單位是什么？（引出生物體和細胞的概念）、細胞的發(fā)現(xiàn)過程及細胞的構(gòu)造。（引出細胞壁、細胞膜、細胞質(zhì)、細胞核、液泡、葉綠體的概念）生物體基玉單位理蕊貉構(gòu)租功能萌腳施糧物細腫的區(qū)剔細小的細胞是怎樣構(gòu)成生物體的？（引出個體的結(jié)構(gòu)層次、細胞、組織、器官、系統(tǒng)、個體的概念）生物體都能由小長大的原

18、因。（引出細胞的分裂和細胞的生長的概念）生齡U的翳層肯細！&劉生*完成，例2植物花的結(jié)構(gòu)是初中生物知識，高中生物必修二遺傳與進化遺傳因子的發(fā)現(xiàn)和雜交育種有植物個體發(fā)育的知 識背景。在復習本節(jié)內(nèi)容時，首先出示概念圖1 （部分概念去掉，如帶方框的概念）要求學生以“填空建構(gòu)式從完成情況確立學生最近發(fā)展區(qū)，準確把握該部分復習的知識起點：掌握不牢可從建構(gòu)此圖開始復習，掌握牢固則可 直接應用此圖復習。，子房壁果皮子鳥珠被1胚叫卵-胚囊1雙受精1（極核-果實圖1植物花的結(jié)構(gòu)和發(fā)育例3、作為實驗設計的思維導圖概念圖作為一種認知工具，引導思維活動、激發(fā)思維靈感、記錄思維過程、呈現(xiàn)思維結(jié)果，從而可以大大地提高 思維品質(zhì)。可以幫助學生完成實驗設計。例如，實施設計探究影響酶活性的條件（必修 1）課題設計時，學生無從下手，通過下面的思維導圖，可以引 導學生思考（見下圖）。明白科學方法有獲取經(jīng)驗性材料的方