建模的实践价值
以模型渗透的教育意义主要体现在学生可以借助模型对生命现象做出解释并理解科学知识,通过模型对科学探究做出猜测并理解科学认知,凭借模型对科学本质做出判断并理解模型功能。越来越多的国家将模型引入课程,旨在借助模型加深对事物的理解,引导人类学会运用模型来解释客观事物发展和运转的方式。
(一)实践意义
1.表征个人的知识
思维建模的方式有很多种,包括语义网络、概念图、知识图谱、意象图式等,当前最为流行的是思维导图。学生通过绘制思维导图或语义网络等方式,模拟自身所存储的思维中的知识结构,一方面有利于进一步梳理个人的系统知识与经验,反思个人思维形成的过程,另一方面也有利于个人用可视化的方式来表征个人的内部认知结构,为深层理解、深度学习奠定基础。
2.完善知识的构建
知识的构建是指人在一定的情境之下,面临新事物、新现象、新问题、新信息时,根据情境中的线索,调动头脑中事先准备好的多方面、多层次的先前经验,来解释这些新信息、解答这些新问题,并赋予它们意义。而学生借助教师所创设的情境与提供的建模工具,在解决问题的过程中,进一步积极调整与修改自我的概念模型结构,并通过多种形式的认知呈现,丰富和拓展内部的认知概念模型的意义,从而实现知识的进一步系统化构建。
3.实现学习的迁移
学习的一个重要目的是帮助学生形成终身受用的关键能力和必备品格,其中知识迁移是一种重要的学习能力,而指向问题解决的思维建模方式能帮助学生形成在其他任何情境下灵活应用、转变或改造相关知识的能力,从而实现学习的迁移。表征个人的知识、完善知识的构建、实现学习的迁移的过程都是学生主动完成的,同时随着在不同情境下解决问题能力的增强,学生能进一步感受到学科知识运用的意义,从而形成真正意义上的价值认同。
(二)建模的心理过程
建模的过程不是一个套用定义、定理和公式的简单过程,而是在解决问题中,建立学习历程的一种心理过程和创造过程。在生物学建模活动过程中,学生必须有自己独到的见解,用自己独特的方法去解决问题,这对于学生本人而言是一个创新过程。因此,学生生物学建模的心理过程与创造活动的心理过程大致相同。英国心理学家瓦拉斯认为创造活动的过程包括准备期、酝酿期、豁朗期和验证期。生物学建模的心理过程也如是。
1.准备期
准备期即提出问题阶段。在这一阶段,学生要认真阅读背景材料的文字说明,感知材料所反映事物的数量关系、空间形式、结构及特征,进行分类、类比、归纳或者演绎、分析与综合,为进一步建模做好准备。而当学生欲从生产、生活实际中自主地选择、确定研究课题,通过生物学建模进行微型科研时,面对丰富多彩的外部世界,学生首先要通过自己的各种感官认真地观察发生在身边的事物和现象,认真听取有关说明,广泛收集相关材料和数据,阅读相关资料,感知并捕捉事物的数量特征、空间形式及其相互关系,据此探索并提出问题。
2.酝酿期
根据第一阶段提出的问题,学生要认真分析问题的特点及已掌握的条件,挖掘背景材料中隐含的信息,明确目标,进一步有目的、有针对性地查找资料。在这一阶段,问题的背景材料虽然具有直观性,但是由于背景材料的丰富性,再加上人与人的求知欲、观察能力和思维能力以及参与建模的积极程度的差异,相当多的学生,特别是首次参加生物学建模的学生,往往不能顺利地捕捉到背景材料中所隐藏着的量、量的变化以及量与量的关系,甚至提不出问题。这正是学生在建模的第二阶段普遍会遇到的认知心理障碍。
3.豁朗期
豁朗期即提出假设,着手寻求解决问题的途径并考虑解决问题办法的阶段。学生在酝酿期的基础上提出假设,即根据自己对问题的见解提出解决问题的可能途径,用生物学的图表、文字或符号表述,而得到一个已经脱离实际背景的纯生物学问题——生物学模型,并进一步制订解决问题的方案,运用已有的生物学知识和方法,充分利用现代信息技术着手解决问题。由学生个人独到的见解而形成的解法显然具有明显的个性特征,因而是独特的。
事实说明,由于学生对信息材料掌握和理解的偏差,对问题的认识不准确或解题方案设计得不合理,或者由于学生在计算、信息技术的操作上的技术性原因,求解的结果并不理想,甚至与自己的设想大相径庭。此时,学生须回到建模的起点即第一阶段,重新做起。
4.验证期
验证期是指对豁朗期求解获得的成果,结合问题实际背景做出解释,并在实践中检验这个成果的合理性和用于解决实际问题的可行性,对于不足的地方做出补充改进,对于错误的地方进行勘误修正,最后得出对整个实际问题研究的结论的阶段。
以上仅对生物学建模过程中的4个主要方面进行了心理分析。教师自觉地进行这种分析,可以使建模教学的教学设计更有针对性,建模教学重点、难点的设定更准确,教学目标转化为行为目标时更具有可操作性,因而更容易落实。以心理分析为依据,教师对学生在建模活动中可能产生的心理障碍做到心中有数,才能更好地把握对学生建模活动指导(个别的或集体的指导)的“时”和“度”,才能更有效地开展生物学建模的教与学。