用模型方法提高学生科学素养

1、用模型方法提高学生科学素养建瓯一中左勤勇大家好！我是建瓯一中左勤勇，今天与大家交流一下，从2009年11月立项并开题以来，我的课题思考和实践。给大家汇报的主题是“基于生物学科科学方法的提高学生科学素养的途径与方法研究课题思考和实践研究。分三 的方面的内容：1、思考和实践的背景2、基于生物学科科学方法的课题思考和实践研究3、共享一些资源1思考和实践的背景1.1科学素养科学素养（ScientificLiteracy ）:国际上普遍将科学素养概括为三个组成部分，即对于科学知识达到基本的了解程度；对科学的研究过程和方法达到基本的了解程度；对于科学技术对社会和个人所产生的影响达到基本的了解程度。目前各国

2、在测度本国公众科学素养时普遍采用这个标准。只有在上述三个方面都达到要求者才算具备基本科学素 养的公众。国际学生科学素养测试大纲（PISA ）中 提出，科学素养的测试应该有三个方面 组成（在测试范围上）1、科学基本观念（科学知识）2、科学实践过程（科学研究的过程）3、科学场景（科学对社会的作用）标准指出1、必要的科学知识2、科学的思维方式、对科学的理解3、科学的态度与价值观科学素养的形成是长期的，早期的科学教育将对一个人的科学素养的形成具有决定性的作用。作为一位生物教师我们的课题和教学目标是“提高学生的生物科学素养”，在生物课程标准中，把”提高生物科学素养”这一课程理念转化为课程目标的三个维度：

3、知识、能力、情感态度与价值观。同时这三个维度在课程实施中是一个有机的整体。”即希望学生们能更多、更好地掌握和运用生命科学的概念和过程于生活和发展之中。1.2科学方法科学方法是人们为获得科学认识所采用的规则和手段系统。它是科学认识的成果和必要条件。可分为三个层次：（1）单学科方法，也称专门科学方法；（2）多学科方法，也称一般科学方法，是适用于自然科学和社会科学的一般方式、手段和原则；（3）全学科方法，是具有最普遍方法论意义的哲学方法。简单的讲，科学方法是指进行科学研究，描述科 学调查，根据证据获得新知识的模式或过程。以我们的人教版普通高中生物课程标准实验教科书为例，人教版普通高中生物课程标准实验

4、教科书在着力构建知 识体系的同时，也力图构建符合高中学生探究能力发展需要的科学方法体系和技能体系。下面对教材中的科学方法体 系作简要的分析。学科教学中的科学方法层次内容第一学科内的特殊的方法，如生物学研究中的冋位素标记示踪法、分离细胞器的方法、解剖的方法等第二科学研究的一般方法，这些方法是从物理、化学、生物学等自然科学研究中概括出来的适用于各门自然科 学研究的共同方法第三最具有普遍意义的哲学方法，如唯物辩证法、矛盾分析法等，这些方法适用于自然科学、社会科学和思维科学科学方法具体如图:获取f乏脸性材料的肓法理肚怎地龄方法1基于生物学科科学方法的课题思考和实践研究（1）多级管理：学院管理、学会管理

5、、学校管理、学科管理学院管理：经专家评审，课题：高中生物模型建构课堂活动理论与实践研究作为2011年度福建教育学院基础教育研究课题立项。立项项目编号：2011YB039,已完成课题开题会学校管理：结合学校近期小课题研究，把课题小化为1、模型重构课堂活动实践组（问题解决型）2、必修一、二物理模型建构课堂活动实践组（经验总结型）3、概念模型建构课堂活动在复习课中的运用实践组（探求新知型），学科管理：建瓯一中生物组组长吴跃光组织和参与课题各项活动，李涛、池秋景、朱素娟分别为三个小组的负责人，其中池秋景老师负责的模型重构课堂活动实践组已确定两个课堂课题，具体内容为：（1）必修三“建立血糖调节的模型”

6、（2）选修三“重组 DNA分子的模拟操作”序号小课题研究内容主持教师参与教师1“血糖调节模型构建活动”的重构池秋景左勤勇、曾茂凤2构建种群增长的数学模型李涛黄福明魏松伟3模型构建在复习中的作用朱素娟吴跃光詹立群这里具体介绍模型方法2. 1模型、模型分类和特点、模型方法2. 1.1关于模型模型是模拟原型的新型体，它是对原型的抽象和概括，它没有包括原型的所有特征，但可以反映原型最本质的特征。JihiiE餌祥nn匕罗建空科烁型g关系存总闺3个基本特点： 是对实际对象的模仿和抽象；组成体现认识对象系统中的主要因素：反映主要因素之间的关系。2.2.3.1.2. 模型的分类和特点从模型的表现形式分：形象（

7、物理）模型和抽象模型（概念模型、数学模型、软件模型等）从模型的研究对象分：真实模型、替代模型以及人工模拟模型等几种类型 我们从模型的表现形式上看看他们的特点： 物理模型。以实物或图画形式直观反映认识对象的形态结构或三维结构，这类实物或图画即为物理模型。（ 1）物理模型的特点是： 实物或图画的形态结构与真实事物的特征、 本质非常相像， 大小一般是按比例放大或缩小的。 实物模型常见的有 DNA双螺旋结构模型、真核细胞亚显微结构模型等（2）概念模型。以图示、文字、符号等组成的流程图形式对事物的生命活动规律、机理进行描述、阐明，这就是概 念模型。具体形式概念图概念模型的特点是图示比较直观化、模式化，由

8、箭头等符号连接起来的文字、关键词比较简明、清楚，它们既能 揭示事物的主要特征、本质，又直观形象、通俗易懂。例如植物细胞的有丝分裂概念模型、生态系统能量流动模型概念模型（3）数学模型。用来表达生命活动规律的计算公式、函数式、曲线图以及由实验数据绘制成的柱形图、饼状图等称 为数学模型。初中部分有： 1、细胞体积为什么这么小（不能无限长大的数学建模解释）（七上；第二单元生物体的结构第三章 第三节 细胞通过分裂而增殖 P50活动：研究细胞体积与表面积的关系）计算公式或函数式则是根据数学上的等量关系、用字母符号建立起来的变量之间定量关系式 例种群数量计算公式曲线图的特点是在利用坐标系描述 2 个变量之间

9、的定性或定量关系 酶的活性变化曲线、种群增长曲线、东亚飞蝗种群数量的波动 饼形图通常是百分比含量的圆饼状表示 组成人体细胞的主要元素（占细胞鲜重的百分比）组成人体细胞的主要元素（占细胞干重的百分比） 幼儿和成人体内的含水量 、初中 7年级下第 4 单元生物圈中的人第 14章人在生物圈中的义务第一节人类活动对生物圈的影响P120页图14-2地球上的陆地状况示意图柱形图是依据实验数据在坐标系内用柱形方式表示的 2个变量之间不连续的定量关系 它和柱形图差别在于柱形图中间是有空隙的，而直方图是一个挨着一个的。 在体育实践中常常提到优秀运动员的数学模型。如经调查统计现代的世界级短跑运动健将模型为身高1.

10、80 米左右、体重 70 公斤左右， 100 米成绩 10 秒左右或更好等。（4）软件模型。用计算机语言编写、反映变量之间逻辑关系的应用程序。 这种抽象模型的计算机模拟在生态学、群体遗传学、基因组研究等很多领域里已成为重要的研究方法。2. 1.3 模型方法2. 1.3 1 模型方法的概 念 模型方法是一种现代科学认识手段和思维方法，以研究模型来揭示原型的形态、特征和本质 的方法，是逻辑方法的一种特有形式。模型方法是以研究模型来揭示原型的形态、特征和本质的方法，是逻辑方法的一种特有形式。模型舍去了 原型的一些次要的细节、非本质的联系，以简化和理想化的形式去再现原型的各种复杂结构、功能和联系，是

11、连接理论和应用的桥梁。或者换句话说，模型方法是把认识对象作为一个比较完整的形象表示出来，从而使问 题简明扼要，以便窥见其本质的方法。从思维方法上遵循化繁为简的原则，把复杂的实际问题转化为理想的简 单问题。例如，揭示生物大分子的结构，用建立理想模型的方法是一种成功的选择。模型实际上是假设的一种特殊形式， 也可以说是科学性和假定性的辩证统一。它不仅要在时间中接受检验，而且还要在实践中扩展、补充和修正。1951 年11月，沃森在前人研究的基础上着手建立 DNA分子模型工作，但由于计算错误，第一次建立的 DNA分子模型定为三股 链的结构。后来，他对 DNA分子中碱基间的吸引力重新进行计算，并受到查加夫

12、工作的启发，解决了“碱基配对”的 问题。他们有看到了富兰克林工作部分细节报告， 经过反复讨论， 终于在 1953 年初提出了 DNA 双螺旋结构的分子模型。在生物科学学习中，模型提供观念和印象，是非常吸引学生的生动的感性材料，是学生知识结构的 重要组成部分。它不仅对学生学习生物科学有帮助，而且还有助于学生将来进行科学研究、走入社会参 加工作，更好地解决生活和工作中的问题。另一方面，这种科学方法的学习和应用，不仅有利于学生形 成系统的科学认知观，同时还强化了与其他学科，如数学、物理、化学等学科的内在联系。在初中课标中要求具有收集和利用课内外的图文资料及其他信息的能力，这些图文资料及其他信息往往都

13、是模型 提供的，新课标中建立模型被列为一项技能目标，并作为高中学生必备的生物科学素养。国家和地方的新高考大纲（说明）也已明确将这一技能素养的掌握水平作为考核对象，并作为高中学生必备的生物科学素养。2. 1.3.2 模型方法的一般程序（1）掌握原理。掌握模型所代表的知识、过程、规律、机理等，弄清模型的构成要素或包含内容之间的逻辑关系。（2）明确类型。明确所构建的模型属于哪种类型，知道该种模型的特点及表现形式。（3）构建草图（框架）。选择适当的图形、文字、符号勾勒出草图，或用适当的搭建框架。基于模型的通适性、典型 性，所以在构建时只需要考虑大多数情况即可，一般不考虑极少数情况或特例。（4）修饰完善

14、。对照原理查验所构建的草图（框架），确保其科学性；然后进一步修饰完善模型，力求规范、简洁、直观、有美感；最后构建出正式的模型。（5）补充诠释。对一些模型要添加必要的文字说明、示例、图注等，使模型更科学、更清楚、更规范。2. 1.3. 3 制作真核细胞的三维模型模型建立的特点是提供一定的指导，由学生动手动脑建构模型，能力目标是让学生领悟和运用建构模型的方法。 例如制作真核细胞的三维模型。教材中描述的是在电子显微镜下才能观察到的微细结构，因而学生缺乏感性认识。因此，学生亲身体验模拟制作“细胞”的立体结构模型有助于再现有的实验条件下让细胞变“微观”为“宏观”，而 更好地构建他们完整的知识体系。 学习

15、和掌握细胞的结构主要包括有细胞膜、细胞质、细胞核，其中细胞质中含各种细胞器，主要有线粒体、内 质网、高尔基体、核糖体、中心体、溶酶体等。 明确科学第一、美观第二的原则构建物理模型，确定制作模型规格（大小，展示的是全部还是局部，平面图还是立体图等）、模型包含的结构，遵循安全、实用、经济三原则寻找和选择材料等设计制作模型方案。 构建草图（框架）修饰完善补充诠释学生以小组形式合作完成真核细胞的模型制作，并交流成果，作出评价。成果：学生做的模型有：用硬纸壳作“细胞壁”，塑料薄膜紧贴其上当作“细胞膜”，用橡皮泥精心捏制成各 种各样的细胞器；用精美的包装盒作细胞壁，内有一层硬质的透明壳作细胞膜，用琼脂制作

16、透明的细胞质基质，用 中药小药丸作核糖体散放在其内，非常形象直观，也利于保存和收藏等。在整个制作过程中，学生讨论分析，分工合作，气氛热烈。2. 1.3.4 设计物理模型方法的 3点体会熟悉所构建对象的结构组成和空间构象：可从生物课本、物理、化学、通用技术、美术等教材中选择模型对象。 选取合适的构建材料，选材的原则是：相仿、方便、实用、简易、醒目易识别，安全、实用、经济、环保。 遵循科学第一、美观第二的原则，确定适当的模型及构件的比例和大小，形象、清楚地用图示突出构建对象的 显著特征，可忽略次要或无关的细节，对照、修饰、完善之后力求图示、文字、符号组合的合理、协调、美观2.2.3.1.3. 5概

17、念模型与概念图。以图示、文字、符号等组成的流程图形式对事物的生命活动规律、机理进行描述、阐明，这就是概念模型。具体 形式即概念图建构概念模型方法的应用事例 例1 :分层次逐步绘出在复习必修一第一到三章“细胞的结构、生命系统的层次性”内容中，由“生物体”这一宏观概念切入进“细胞” 微观概念，再到“生物个体”，最后形成知识概念图。从生物的多样性现象，探索生命的奥秘，生物体的结构和功能的基本单位是什么？（引出生物体和细胞的概念）、细胞的发现过程及细胞的构造。（引出细胞壁、细胞膜、细胞质、细胞核、液泡、叶绿体的概念）生物体基玉单位理蕊貉构租功能萌脚施糧物细腫的区剔细小的细胞是怎样构成生物体的？（引出个

18、体的结构层次、细胞、组织、器官、系统、个体的概念）生物体都能由小长大的原因。（引出细胞的分裂和细胞的生长的概念）生齡U的翳层肯细！&刘生*完成，例2植物花的结构是初中生物知识，高中生物必修二遗传与进化遗传因子的发现和杂交育种有植物个体发育的知 识背景。在复习本节内容时，首先出示概念图1 （部分概念去掉，如带方框的概念）要求学生以“填空建构式从完成情况确立学生最近发展区，准确把握该部分复习的知识起点：掌握不牢可从建构此图开始复习，掌握牢固则可 直接应用此图复习。，子房壁果皮子鳥珠被1胚叫卵-胚囊1双受精1（极核-果实图1植物花的结构和发育例3、作为实验设计的思维导图概念图作为一种认知工具，引导思维活动、激发思维灵感、记录思维过程、呈现思维结果，从而可以大大地提高 思维品质。可以帮助学生完成实验设计。例如，实施设计探究影响酶活性的条件（必修 1）课题设计时，学生无从下手，通过下面的思维导图，可以引 导学生思考（见下图）。课他E <明白科学方法有获取经验性材料