《模型建构在初中生物学教学中的实践研究》方案

《模型建构在初中生物学教学中的实践研究》方案一、课题设计论证1.选题依据：选题的理论意义和实践价值，核心概念界定，国内外相关研究综述等。（一）选题的理论意义理论意义通过本课题的研究，针对初中生物学不同的学习内容探索，初步形成一定的基于模型的典型教学案例和组织策略。同时在知识构建、问题解决过程中尝试能够利用模型解决问题，形成基于模型解决问题的意识和方法，从而进一步丰富基于模型的初中生物学习理论。第一，形成初中生物学模型建构教学的策略。本研究梳理模型、模型建模的概念及界定，对各种模型的分类标准加以对比分析，明晰初中生物学教学中模型建构的特点、作用及原则。将教材中的模型进行系统的归类，丰富生物学方面的模型资源，并且在不同主题的教学中实行模型建构教学的实践研究，为一线教师及教育研究者提供一些理论参考。第二，落实新课程标准的理念。生物模型能够表征生物学现象以及原理，能够将学生头脑中抽象的思想模型用外显的方式表征出来，有助于学生的科学思维训练和思维水平的提升，利于课程理念的实现。第三，培养学生的生物科学素养。建构模型能够协助学生形成知识间的迁移，从而形成知识脉络，在整体上把握生物知识，并且模型建构能够培养学生的探究水平以及合作精神。实践价值（1）调查初中生物学模型建构教学的现状及存有问题，为模型建构教学提供可操作的合理化建议。引起教师对模型建构教学的更多注重，提升学生的学习兴趣，培养学生的建模水平与科学思维水平。（2） 梳理挖掘初中生物学教科书中的三大类模型（实物模型、概念模型、数学模型）相关的教学内容，为教师的备课等教学活动提供可参考和借鉴的教学资源。（3） 通过课堂观察和优化教学设计，整理模型建构教学的典型案例。通过展开生物模型建构的实践研究，总结模型建构教学的策略。将教学内容直观化、简约化，让学生更易接受，对内容理解加深，为以后生物教师选择使用实践参考。总结模型建构教学中容易岀现的误区。以往教学往往过于注重模型的制作过程，使之成为偏手工制作的学习活动，而忽视通过模型建构对学生思维水平的培养。通过实践研究，探索适合做实物模型的材料、各种模型制作的最优方案以及模型建构需要注意的事项等，真正实现“做中学”，发展学生学生水平，提升教育教学质量。（-）核心概念模型《辞海》中的“模型”是指与具有原型相似特征的替代物，是系统或过程的简化、抽象和类比表示。根据代表原型的不同方式,可分为物质模型和思想模型两大类。《美国国家科学教育标准》中定义：“模型是与真实物体、单一事件或一类事物对应的而且具有解释力的试探性体系或结构。”本研究所釆取的是国内《高中生物（必修1）》中对模型的表述：“模型是人们为了某种特定目的而对理解对象所做的一种简化的描述，这种描述能够是定性的，也能够是定量的;有的借助于具体的物或其他形象化的手段，有的则通过抽象的形式来表达。”生物学教学中的模型类型一般包括三种：概念模型、物理模型和数学模型。模型建构模型建构是指釆用模型方法把抽象的、复杂的事实或过程借助身边的材料、用具或者使用数学方法、图像、方程式等，加以描述、概括总结的一种活动。本研究所指的生物模型建构就是通过一定的物质形式或思维形式来建构生物模型，对生物知识实行研究和模拟，协助学生理解和掌握生物科学知识，同时为学生理解事物提供一种思路和方法［9］。学习时，教师合理使用模型建构教学，不但使课堂变得有条不紊、高效，还能提升学生的认知水平，增强解决实际问题的水平。在课堂上，教师与学生一起构建模型，学生不但学会了知识，更能体会科学探究的魅力。建构物理模型，能够使抽象的知识直观化；建构概念模型，能够使零散的知识逻辑化；建构数学模型,能够使复杂的知识理论化。建构模型不是手工制作，教师要在教学过程中发展和拓宽学生的科学思维，并鼓励学生评价和修正模型，促使学生对知识的深刻理解和使用拓展。［10］(三)国内外相关研究综述1.国外相关研究(1)相关研究学术史梳理关于模型建构的理论与实践，国外的研究要早于国内。20世纪30年代，贝塔朗菲创立了系统论，主张用数学和科学模型方法研究生命现象。美国等国家比较重视模型对科学教育的重要性。美国《国家科学教育标准》把模型和科学事实、概念、原理、理论并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水平。MoritzKreil研究学生对不同情景下对科学模型（生物、物理、化学）的理解，分析了学生对生物模型的三个观点即：展示、解释、预测。Svoboda对生物学教育中的建模策略实行研究，突出强调了学生如何使用模型来协助他们设计研究问题，探索思想，并在教育环境中完善他们的概念理解。Schwarz开发了科学建模的学习进阶，研究参加建模活动的学生是沿何种过程前进的。RosariaLesh和Lehrer对模型建构实行了深入研究，在其论文中提岀了各自不同的模式。并且国外的一些学者为了解教师对模型的理解情况展开了调查。Smit和Finegold对新入职的教师实行『调查，发现新入职教师在对模型的理解上有一定的局限，缺乏系统性和全面性。而VanDriel和Vedoop对经验丰富的老教师实行了调查，结果表明这些教师中绝大部分能够对模型实行系统的阐述，对模型的认识较深刻。单方面探索生物模型建构教学的研究在国外并不多见，大多为应用生物学中的相关知识来研究模型建构教学。（2）综述国外比较重视模型对科学教育的重要性，模型在科学领域被广泛使用解决了很多问题，尤其是近代物理学的发展更是离不开模型方法的使用，生物学作为自然科学的基础学科也是很早就通过模型来研究生命规律与现象。对于模型及模型建构方面的研究是以英国、美国为先导的，在课堂实践中的应用研究已比较成熟。美国出版的《国家科学教育标准》中有这样的描述：科学模型作为一个体系或是结构具有解释和预测的功能，因为它与研究对象，实物或是事件是一一对应的关系，这种关系为科学家了解实物的本质提供了协助。但是单独对生物实行模型建构教学的研究，国外可参考的资料并不多,绝大部分研究集中在将生物学的知识作为研究模型建构教学的案例。国内相关研究（1） 相关研究学术史梳理国内相关模型的研究主要集中于20世纪90年代后，有很多著作出版，总体来看模型的研究主要集中于从哲学的角度阐述科学模型的概念、本质、特征与功能，模型的建构等方面，比较著名的有江天骥主编的《科学哲学和科学方法论》，还有张琼、于祺明、刘文君合著的《科学理论模型的建构》等。虽然实物模型早在建国初就在课堂教学中得到应用，但对于模型教学的理论研究和实例研究是从《普通高中生物课程标准（实验）》明确将建构模型提升为高中生物学课程的基本内容之一，教育工作者才实行了比较多的研究。纵观各个期刊发表的模型建构教学的相关文献，主要体现在这些方面：A.模型建构教学的具体案例，常以教学案例形式出现;B.教材中涉及到的模型知识的总结；C.生物教材中数学模型、物理模型等的建构；D.模型基本要素和功能的论述。（2） 文献总体趋势分析①“模型建构教学”文献总体趋势分析在中国知网输入“模型建构教学”主题检索，合并在中国基础教育资源总库跨库检索，获得数据来源文献总数：1347篇，对获得数据从以下几方面分析得到如下数据图：图一“模型建构教学”文献年度分布总体趋势分析图二“模型建构教学”文献主题分布②“模型建构生物教学”文献总体趋势分析：在中国知网输入“模型建构生物教学”主题检索，合并在中国基础教育资源总库跨库检索，获得数据来源文献总数：173篇，对获得数据从以下几方面分析得到如下数据图：图三“模型建构生物教学”文献年度分布总体趋势分析图四“模型建构生物教学”文献主题分布③输入“模型建构初中生物教学”实行主题检索，获得数据来源文献总数仅有7篇。综述通过检索，从文章的分布来看2000年后居多，这也符合了新课改对模型教学的要求，这些文章主要围绕着课标中提出的物理模型和数学模型的建构活动展开教学设计，如尝试制作细胞结构模型、呼吸运动模拟模型、遗传规律模型等。这些案例无不说明模型教学的重要意义，教师在模型建构活动中也发现了很多问题，比如有研究者指出很多模型建构活动违背了模型方法的初衷而变成了纯手工课，还有研究者指出模型建构活动不但适用于新授课，还适用于复习课和习题课，绝大部分研究者对教材中的生物模型素材实行了归类，但显然很多建模活动根本没有展开，比如呼吸作用图解、光合作用图解都被归类到了概念模型，这种归类方式是大家普遍接受的，但纵观生物学教学的主流杂志，均没有这部分内容的建模活动的教学设计，似乎这个模型素材仅仅被提出而没有具体的应用，这种情况普遍存有。当前建模教学很少融入中学课堂，已有研究认为主要有两个原因：一是教师比较缺乏与建模相关的高质量课程材料，二是在课堂中展开建模活动对教师要求很高；其中第二个原因主要是指教师对模型和建模知识的理解会影响建模活动的展开，即影响建模教学的展开。基于这个现状，课题组成员认为生物模型建构教学的研究尚存有很大的研究空间，尤其是在初中生物学模型建构教学中理应投入更多的精力去探讨很多生物模型素材建构活动的现实意义，只有这样才能真正达到课标的要求。2.研究内容：本课题的研究对象、主要目标、子课题设计、重点难点等。(一)研究对象以鲁科版教科书为主的多种版本的教科书作为研究载体，以课堂教学和课后实践重点研究模型及模型建构教学及案例的积累。初中生物模型建构教学现状的调查研究通过对学生、教师实行问卷调查、访谈等量化研究和质性研究，了解当前初中阶段生物模型建构教学的实施现状。开发丰富的生物学模型建构资源和案例探索生物学模型建构教学，形成生物学模型建构教学的策略，然后实行科学有效的实施。(-)主要目标梳理模型与建模的相关理论。模型建构是个学习领悟科学方法的过程，利于改变传统的教学方式，实现由单一的传授教学方式向“做中学”学习方式转变。优化生物教学设计。在模型建构的过程中，学生持续受到科学思想方法的熏陶，逐渐形成借助于科学方法解决问题的思维模式。这不但有助于提升学生获取知识的速度，促动他们深刻地领会和掌握知识，产生一种对问题的敏感性、洞察力，迅速抓住问题的本质，找到解决问题的途径。3.研发模型建构的教学案例。在构建模型中，引领学生首先使用观察、分析、综合等科学方法从原型中提取出有用的信息，然后使用抽象、概括、类比、联想等科学方法构建模型，进而解决问题。利于发展学生的科学探究水平，发展学生的科学思维。（三） 子课题设计（教学内容）（四） 重点难点1.研究重点（1） 深入研究课标教材研究学生，发现教学中能够使用模型与建模的课程资源，明确模型的分类、建模的相关理论和适用范围。做好各种准备工作，使模型及建模的作用最大化。（2） 培养学生的创新意识和水平。在教师的指导下，发挥学生的参与意识，培养学生动手水平和创新水平，使通过模型建构理解生物学知识建构重要概念。研究难点（1） 增强集体学习研讨，使课题组成员能深入理解模型及建模的相关理论，梳理总结概念模型、数学模型的建构教学探索。（2） 通过建立模型的教学、学生的实践，使学生能够较好突破思维定势、发展自我，培养他们甄别信息的水平，进而通过抽象、简化等方法构建模型。创新之处：本课题与已有同类研究比，在思想观点、研究方法、教育教学实践等方面的特色和创新。模型建构在生物学教学中的应用,不但利于发展学生的认知水平，系统的统筹学科知识，而且能够促动学生的创新水平、动手水平水平、科学探究水平，最终使学生的生物科学素养上升一个层次。通过本课题的研究，将在以下几个方面有所创新和突破：（-）思想观点创新本研究梳理出模型、模型建构的概念及界定，对各种模型的分类标准加以对比分析，明晰初中生物学教学中模型建构的特点、作用及原则，将教材中的模型实行系统的归类，丰富生物学方面的模型资源，使得模型及模型建构的内涵与外延更丰富。2.通过课堂教学和课后实践，形成初中生物学模型建构教学的策略，更具有针对性和实效性。模型建构能够协助学生形成知识间的迁移，从而形成知识脉络，利于整体把握生物知识，培养学生的探究水平以及合作精神。在不同主题的教学中实行模型建构教学的实践研究，为一线教师及教育研究者提供一些理论参考。本研究整合了多位生物教师的智慧，对学生现阶段的学习和发展以及终身学习都有指导意义，利于提升学生的学习兴趣、培养他们的生物科学素养。（-）研究方法创新一是调查研究，通过调查问卷和教师访谈积累了大量原始数据，基于在不同主题内容中模型建构教学实施的追踪研究，通过真实的数据，得出的结论，也就更有说服力。二是行动研究，通过大量部级优课的课堂观察和日常典型课例的教学实践与探索,形成模型建构教学的优化设计案例和不同类型模型的制作方案，通过课后追踪测验、课堂学生行为观察，使用脑科学原理和认知建构原理来分析模型建构教学对促动学习效果的价值。（三）教育教学实践创新系统梳理与挖掘模型建构的内容。本研究对《义务教育生物学课程标准》（2011年版）和最新的《普通高中生物学课程标准（2017年版）》中与模型建构相关的说明与要求实行了分析与总结，研究具有一定的时效性。本研究对初中生物学教科书中的生物模型类型及适合教师展开模型建构活动的教学内容实行较为全面的梳理与挖掘，有利于一线教师今后能更加深入、灵活地实行模型建构教学。课堂教学实践观察研究。本研究对初中生物学中模型建构教学的优质课堂教学实践或视频实行较为深入的课堂观察研究。查阅近年来与模型建构教学相关的文献发现，当前并没有学者对初中生物学中模型建构教学实行过深入的课堂观察研究，本研究在这方面的研究方法和研究深度上具有一定的创新性。优化设计和研发典型案例。本研究根据对模型建构教学视频的课堂观察结果，借鉴教学中的成功经验并避免教学中的不足之处，基于模型建构的教学流程对典型的课例实行相对应的教学设计和教学实践，为一线教师提供了可借鉴的物理、概念、数学模型建构教学案例。思路方法：本课题研究的理论假设、研究方法、研究计划、实施步骤、研究的可行性分析等。（一）理论假设1.理论假设（1） 不同种类的生物学模型具有不同的特点及独特的教育价值,彼此不是割裂的，分类梳理、总结各种模型的建构规律，利于实现类结构教学。（2） 模型建构促动教学可视化表现，更直观、更简约，符合学生的认知规律，有利于培养学生的科学思维和探究水平。（3） 本研究实现模型建构教学的本土化、个性化，通过“做中学”促动学生的科学思维和探究水平的培养。（4）模型建构教学是完善教学理论与实践的需要，利于提升生物教师的实践研究及综合学习的水平。（二）研究方法1.文献研究法制定研究方案前，通过查阅相关书籍、报刊及在中国知网数据库中搜集和整理“模型、模型教学、模型建构、生物学教学”等相关的文献资料，了解模型建构的研究现状及成果，提炼出与生物模型建构相关的有效信息，以期为本研究提供理论支撑。在研究过程中，了解研究成果更新情况，即时调整研究方案。调查研究法研究初期，通过问卷调查或座谈，了解本校师生对模型及模型建构教学的理解、现状及存有的问题，并结合查阅的国内外相关研究成果，初步确定本课题研究的内容、目标及重难点，制定课题研究方案。行动研究法重点研讨分析课标、教材，设计岀以促动知识理解的模型建构的教学案例或学习方案，通过课堂观察，课后测验来探究分析模型建构对促动学习效果的价值，进一步完善研究。案例研究法在模型建构过程会遇到一系列的问题，比如学生选择的材料是否可行、怎样更好地体现岀实际对象发生的过程及特点等,在这些问题解决的过程中，教师可引导学生将解决方法实行归纳与分析，使之系统化、理论化，为其它模型的建构提供协助。5.经验总结法在前期实验的基础上，收集和整理实验材料，梳理、总结实验所取得的成果、使用的策略及方法、模型建构研究取得的经验和不足，为课题结题做准备。（三）研究计划与实施步骤1.准备阶段：（1）成立课题研究小组，学习与课题相关的文献。（2） 设计调查问卷或座谈，了解初中生物学模型建构教学的现状及存有的问题，分析成因并找到解决的初步办法。（3） 召开课题组会议，在调查分析和文献学习的基础上，拟定课题研究思路，制订研究方案；多轮论证并完善课题研究方案；填写课题申报表，完成课题申报工作。（4） 参加齐鲁名师建设工程人选专家组统一组织的开题论证会,根据开题专家提出的意见和建议完善课题研究方案。负责人：（2）实施阶段：（1） 召开课题组研究部署会，按照研究计划布置课题研究分工，分别实行模型、模型建构、模型建构教学、模型建构与初中生物教学的研究，收集相关数据，积累经验。（2） 课题组内部对研究实行阶段性评估，展开阶段性研究成果评选活动，对实验项目进展情况实行定性和定量测评。（3） 整理资料、分析数据，撰写课题中期研究报告，接受区教科