高中生物建模教学策略的研究与实践研究方案

　　高中生物建模教学策略的研究与实践研究方案

　　一、课题研究的现实背景及意义

　　《普通高中生物课程标准（实验）》（以下简称《标准》）依据国际科学教育的发展，将模型和模型方法列入了新的课程目标。领悟《标准》的理念，理解其思想、方法和内容，根据新的课程形态和要求采取新的教学策略，将是实施新课程的必要条件。以构建生物模型的方法展开生物学科的教学，是落实新课程理念，实施新课程教学的一种有效策略。

　　所谓“模型”是指模拟原型（所要研究的系统的结构形态或运动形态）的形式。模型不再包括原型的全部特征，但能描述原型的本质特征。模型方法是以研究模型来提示原型的形态、特征和本质的方法，是逻辑方法的一种特有形式。在现代生物科学研究中，模型方法被广泛运用，在生物学科的学习中，模型提供观念和印象。认知心理学认为，人的知识经验既包括概念系统，又包括表象，前者有概念、规律、理论，后者的成分包括观念和印象。当代不少学者都主张把表象看作一种符号要素，与语言等其他符号要素一样具有抽象、概括、组合和再组合的功能，因而能构成思维的操作。所以模型提供的观念和印象，不仅是学生进一步获取系统知识的条件，而且是学生认知结构的重要组成部分。正因为如此，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能力。而“倡导探究性学习”正是《标准》的四个基本课程理念之一。

　　所谓“生物建模教学策略”，简单讲就是在课堂教学中利用模型方法建立生物模型，运用生物模型解决生物学问题，简称建模。其实质是在分析原型的基础上，先确定变量，再寻找变量间的关系，然后构建生物模型，最终能依据模型达到总结、推导、计算、预测的目的，其实质是一个需要概念思维和表象思维参与的过程。我们知道，以前的生物学课程在逻辑实证主义的影响下，往往只重视概念在思维中的作用而忽视对表象的研究，而认知心理学一般认为，表象更适合于进行创造性思维的认知成分。众所周知，想象是一种重要的创造性思维形式，而它正是大脑对表象进行分析的心理过程。因此，在新一轮的课程教学改革中，许多教师提倡要发挥生物学图解教学的功能，其实质就是运用模型来设计新的知识结构，注意通过对表象的操作、加工而实现的思维活动。

　　因此，运用建模的策略组织教学，有利于新旧课程的衔接，有利于落实新课程的基本理念，有利于学生的终身发展。

　　二、国内外同类课题研究综述

　　目前，国内开展生物建模研究的非常少，相关的研究成果鲜有所见，本课题组曾就此课题书面咨询过北京师范大学的刘恩山教授，他也如是说，原因是研究的难度不小，国内目前研究较好的是余自强（《标准》研制副组长）和郑春和（人教版《生物》编委）两位特级教师，他们的研究主要是在新课程的模块分析说明中，涉及了一些模型思想方法的分析研究，尚未有系统的研究。国外的相关研究也不多，而从控制论和认知心理学的角度研究模型及模型构建方法的成果较多，但将建模思想和方法进行生物学科化的研究并不多见，所以，控制论和认知心理学及外学科（如数学）的研究成果，为本课题的研究提供了重要的理论支持和借鉴作用。

　　三、研究的内容与预期目标

　　（一）预期目标

　　1．掌握高中生物课堂教学模型构建的一般方法和规律，建构高中生物新课程六个模块中适合运用建模策略教学内容的物理模型和数学模型（两种模型的解释见以下“研究内容”中的相关表述）。

　　2．建立高中生物模型和模型方法的评价体系，建立建模教学策略的监控和反馈体系。

　　3．能熟练运用建模的教学策略组织教学，提高课堂的教学效率和学习效率。

　　4．提炼生物建模的思想方法和评价体系，构建建模型教学策略的模式，通过总结、展示，实现推广应用。

　　（二）研究的内容

　　高中生物教材中所使用的模型，一般可以分为生物物理模型和生物数学模型两大类。

　　生物物理模型可以模拟客观事物的某些功能和性质，生物物理模型又包括物质模型和思想模型两类，在高中生物教材中经常使用的物质模型主要包括：实物模型，如生物体结构的模式标本，表现型等；模拟模型，如细胞结构模型，减数分裂图解，染色体图解等。思想模型是物质模型在思维中的引伸，根据构建模型的思想方法的不同，可以将其分为两类，一类是以形象化方法（或称之为意象思维方法）构建的具象模型，它是人们在思维中通过对生物原型的简化和纯化而构思出来的。具象模型具有一定的形态结构特征，如DNA分子双螺旋结构模型，生物膜液态镶嵌模型等。它以使研究对象直观化，既可以促进研究，又可以简略描述研究成果，使之便于理解和传播。另一类是以理想化方法（或称之为抽象思维方法）构建的生物模型，是人们在抽象出原型某些方面的本质属性而构思出来的，如呼吸作用和光合作用等过程图解，食物链和食物网等系统理想模型，基因型，遗传杂交图解等，这类模型使研究对象简化，在科学研究中用于计算和推导，引伸观察和实验的结论等方面。

　　生物数学模型可以用来表现生物学现象、特征和状况，生物数学模型主要有两类：一是确定性模型，它用数学方法描述和研究必然性现象，例如细胞分裂过程中的DNA和染色体的数量变化曲线等。二是随机性模型，它用概率论和统计方法描述和研究随机现象，如种群基因频率的变化曲线，种群的增长曲线等。

　　综上所述，本课题的研究内容如下：

　　1．生物模型和模型方法研究。以控制论和认知心理学为基础，将通用的模型理论和模型方法学科化，寻找高中生物建模的策略和方法。

　　2．建构生物课堂教学模型。完成高中生物六模块的模块及教材（新课程人教版）分析，建构适合运用建模教学策略相关内容的物理模型和数学模型。

　　3．建模评价反馈体系研究。模型的建构及建模策略的运用必需有相应的监控和评价体系，只有建立了良好的反馈机制，才能保障课题的研究健康、合理、有效地运行，才能保证研究的结果有益于教学实践。

　　四、研究的操作措施及做法

　　1．研究的方法。主要采用文献研究、行动研究，辅之以访问法、调查法和实验法。

　　2．研究的技术和途径。主要采用课堂观察技术，一个月出一期研究简报，既能实现过程的监控和及时反馈，又能实现资源的共享和文档的积累，以学期为单位，进行阶段性总结，实现研究——应用——再研究——再应用的递进式研究途径，始终以提高课堂教学效率为核心的研究目标。

　　3．研究的制度保障。在共同愿景的基础上，制定课题研究的合约，明确责任与权利，基于合作和共享，实现专业的共同发展。

　　五、课题研究的步骤及人员分工

　　本课题设想研究时间为两年（2007年7月-2009年6月）。具体的研究步骤和人员分工如下：

　　第一阶段：2007年7月-2007年8月，制订课题实施计划，收集资料，制定实施细则。

　　此阶段人员分工：此阶段由吴江林老师主持，全体课题组成员参与。

　　第二阶段：2007年9月-2008年6月，以实验研究和行动研究为主，完成《分子与细胞》和《遗传与进化》两模块的物理模型和数学模型的构建，及相关的评价体系研究。

　　此阶段人员分工：吴江林老师主持研究，制订具体的研究计划，建立两个模块的评价体系，彭小妹和郑超主要参与物理模型的构建，路雅琴和屠飞燕主要参与数学模块的研究。

　　第三阶段：2008年7月-2009年2月，以实验研究和行动研究为主，完成《稳态与环境》和《生物技术实践》两模块的物理模型和数学模型的构建，及相关的评价体系研究。

　　此阶段人员分工：吴江林老师主持研究，制订具体的研究计划，建立两个模块的评价体系，彭小妹和郑超主要参与物理模型的构建，路雅琴和屠飞燕主要参与数学模块的研究。

　　第四联段：2009年1月-2009年6月，综合实践研究，完成高中生物建模教学策略的模式提炼，评价体系的修正和总结，进入推广应用阶段。

　　此阶段人员分工：吴江林老师主持，全体成员参与。

　　六、课题研究的条件分析

　　1．研究环境分析。

　　2007年秋季，我省即将全面实施高中生物新课程，余杭高级中学是浙江省新课程实施的样本学校，这将为该课题的研究提供更多的途径，有更多的实践和展示机会，也会得到上级教研部门和学校的更多的支持。

　　2．研究人员分析。

　　课题负责人吴江林教师，有先进的教育教学理念，丰富的教育教学理论和教学实践经验，是余杭区骨干教师，生物教研大组成员，余杭高级中学生物化学教研组的教科信息员，并负责生物组的教学管理工作。吴江林老师自2003即开始了对新课程的研究，3年多的潜心研究，已取得了丰硕成果，多次应邀在省、市、区、校作学科建设和学科教学的讲座或专题报告，有多篇论文在全国核心期刊发表或获奖，为课题研究提供了强大的实践保证。

　　彭小妹和郑超是两位好学上进，有一定理论和实践能力的青年教师，思维能力比较突出，对高中生物建模教学策略有着浓厚的兴趣，对高中生物新课程有一定的研究，自2004年始，与吴江林老师一道积极投入了本课题的研究工作，对本课题有较为深刻的认识，在吴江林老师的指导下，进行了先期的研究并取得一定的成果。

　　路雅琴和屠飞燕两位老师长期跟随吴江林老师进行教学研究，有自己明确的专业追求，对本课题有强烈的研究兴趣，在长期的合作过程中形成了良好的工作气围，具备了一定的教科研能力，积极肯干，年轻人活跃的思维为本课题的研究开拓了视野，提供了一些新的研究视角。

　　3．理论支持。

　　余杭高级中学是华东师范大学课程与教学研究所的实验学校，吴江林老师是该项目的核心成员之一，长期与华师大课程与教学研究的崔允漷教授保持密切的联系，其科研能力深受崔教授的赞许，2007年1月10日，崔教授亲率他的5位博士研究生进入吴江林老师的课堂，观察以建模教学策略组织的高三复习教学，课后就建模教学策略进行了深入的交流，这些既为该课题研究提供了坚实的理论支持，也为课题研究创造了良好的外部环境，吴江林老师是余杭高级中学《高中新课程实施项目组》的核心成员，对新课程的理解有自己的独特的认识。

　　4．其他保证：

　　（1）经费：该课题属于“行动研究”，研究低成本运行，完全能自费研究。

　　（2）时间：课题组成员都为同一备课组老师，交流极为方便，这为我们活动的开展提供了时间保证。

　　5．已有的研究成果。

　　①吴江林，《高中生物课堂教学中“错误”的研究与实践》，发表于《教学月刊》，2005、12

　　②彭小妹，《学生自主构建生物模型初探》，余杭区专题论文二等奖，2006、12。

　　③郑超，《如何引导学生有效地开展合作建模学习活动》，杭州市学会一等奖，2007、1