模型的内涵
美国教育司在《国家科学教育标准》中提出:模型是与真实物体、单一事件或一类事物相对应的,且具有解释力的试探性体系或结构。我国中学生物学领域,对模型的最初认知还是来自朱正威先生的模型观点,即模型是人们为了某种特定目的而对认识对象所做的一种简化的、概括性的描述。还有学者认为模型是不断运动的、发展的,其并不是一成不变的。整理各类对模型的陈述,归纳各种对模型的概括,发现模型的内涵大致具有以下七大特征。
第一,主观性。
模型是人们根据自己的主观意识构建的,可以用来表达个人观点。甚至不同的人基于同样的目的表征同一对象,其表征的模型也常常存在差异。
第二,目的性。
模型是为了某种目的而存在的,目的不同,模型的表征就可能不同。并且随着空间的变化、时间的推移,模型表达的目的也会随之发生改变。这就是说,模型表达的目的并不是一成不变的,即使是同一个表征对象,基于不同的目的也可以表征出不同的模型。例如,在表征呼吸系统时,你可以表征肺的外部形态结构模型,也可以表征肺进出气的呼吸过程,甚至可以表征肺的运动模型等。
第三,发展性。
随着科学技术的不断升级、科学知识的不断发展,在新科技时代背景下,模型的表征会旧貌换新颜,也必定会融入时代元素,发展出新知,呈现与时俱进的发展性,例如生物膜流动镶嵌模型的发展历程。
第四,功能多样性。
对于模型功能的描述,有解释、预测和提供参考标准等。首先,对于所表征的事物而言,模型可以描述那些抽象的结构、运动的行为、变幻的事件等。其次,模型可以解释原理、预测趋势,同时还可以用来表达个人观点、作为参考依据、进行原因陈述等。
第五,非完全复制性。
模型是一种简化的、只有概括性的“物件”,并非对表征对象一比一地还原。基于不同的表征目的,对对象的表征描述的重点也不相同,如表征目的是结构和形态,那么就可以使对象放大或者缩小,可以忽略一些无关紧要的细节,突出重点和目的。基于表征过程的目的,可以只关注主要过程,不注重结构形态问题,不需要完全还原表征对象,否则会使模型复杂化。
第六,表征对象的多样性。
表征对象的多样性特指可以借助模型来表征多种对象。可以用模型来表征真实物体,如细胞核的结构、流动镶嵌模型等;可以用模型来表征事件,如酵母菌种群数量的变化、群落的演替等;可以用模型来表征系统,如设计并制作小生态瓶,观察生态系统的稳定性等;可以用模型表征某一过程,如光合作用的光反应、暗反应等;可以用模型表征物体或事件间的关系,如人体内人类免疫缺陷病毒(HIV)的数目与人体内T淋巴细胞数目的关系。
第七,表征方式的多样性。
表征方式的多样性特指可以借助模型来表征多种方式。例如,借助模型来表征的方式有实物、语言、视觉、数学、物理、类比、动作等方式。
综上所述,高中生物学教材除了运用语言来阐述生命现象和生命活动,也经常使用模型表征生命现象和生命活动,所以模型已经成为高中生物学教材的重要组成部分,这也奠定了模型教育的未来。