建模式教学的实践调查
基于以上现状，对生物学模型构建开展调查研究，在培养学生科学思维的路径、拓展生物学教学的维度、培养学生的深度学习方面，具有重要的研究意义。
（一）准备工作
1.调查目的
（1）以新教材为基础，深入研究并列举出模型在其间的形态、结构及功能。
（2）以新课标为指引，深入研究解决目前教学方式的弊端，积极开展建模式教学。
（3）初步了解高中生物学模型构建教学的现状，为优化策略的产生提供现实依据。
2.调查内容
（1）教师对模型的认识、对模型教学的重视情况、模型教学的实施频率。
（2）学生对模型的认识、对模型构建的重视情况。
（3）师生在模型教学中遇到的问题及解决方案。
3.调查对象
苏州区域和上海区域各中学高一及高二一线教师和在读学生，其中，教师41名，学生480名。
4.调查方法和工具
本研究主要运用问卷调查方法，通过对调查样本的问卷进行了解，对结果进行分析。其中，对苏州区域和上海区域教师生物学模型构建的调查通过网络进行。本调查所有问卷都采用匿名填写的方式。调查之前都强调了本调查的结果不会影响对调查对象工作的评价，以此来减少教师心理因素对结果的干扰。
对苏州区域和上海区域不同中学在校学生采取网络调查，以此尽可能减少其他因素对调查的影响。本调查所有的问卷都采用匿名填写的方式。调查之前都强调了本调查的结果不会影响学校、教师对调查对象的看法与评价，以此来减少学生心理因素对结果的干扰。
（二）实施过程
1.对高中生物教师生物学模型构建现状的调查分析
（1）教师调查问卷设计。
本次问卷调查的目的是通过分析调查问卷所显示的数据，调查教师对生物学模型教学的了解情况以及教师模型教学专业发展情况。
（2）问卷编制。
调查高中生物学模型教学现状的调查问卷，主要包含6个维度，总共有25道选择题，其中，15道单选题，10道多选题。调查问卷题目的具体分布情况见表2-2-1。
表2-2-1 高中生物学模型构建教学教师调查问卷的维度
续表
（3）教师调查问卷结果及分析。
①高中生物学教师基本情况。
本次教师的调查问卷对象是苏州区域和上海区域内高中生物学教师。将45份电子问卷随机发放，共回收41份（皆有效），回收率达到91.11%。相关教师信息如下。
第1题：您的性别？从调查问卷结果（图2-2-1）可知，女教师人数明显多于男教师，其占比高达80.49%。
图2-2-1 性别比例
第2、3题：您的年龄？您的教龄？从图2-2-2中可知：参与调查的大部分高中生物学教师属于中青年教师，教龄较长、教学经验较丰富。
图2-2-2 年龄分布和教龄分布
图2-2-3 学历、第一学历、职称情况及高中性质
第4至7题：您的最高学历？您第一学历对应专业是否为师范专业？您的职称？您工作的学校属于什么性质？从图2-2-3中可知：苏州区域和上海区域高中生物学教师大部分具有研究生及以上学历、师范类专业背景、中级及以上职称，所教学的学校大部分为区重点高中，50%以上属于市重点高中。这些教师大多数在教学一线工作多年，有着丰富的教学经验和独特的教学风格，有助于生物学模型构建调查的开展。教师熟悉教育教学理论，反映出教师的理论基础比较深厚，与他们接受过正规的师范教育有关，这有助于他们成为优秀的生物学教师。
②教师对生物学模型概念的认知。
第8题：您了解生物学教学中的模型应用吗？从图2-2-4中可知：有29.27%的教师表示非常了解，58.54%的教师表示比较了解，其余教师不太了解或不了解。苏州区域和上海区域大部分高中生物学教师对生物学模型概念有所了解，我们又通过访谈的方法进行追踪，访谈10位不同教龄和单位的教师，得到答案：他们基本知道生物学模型包括的类型，但具体的内容还有待确定，尤其教学方面应用还不是很多或者不知道自己是否将生物学模型应用到实践教学当中，不能很好地在教学实践中体现出来。这与调查问卷数据基本吻合。
图2-2-4 对生物学模型应用的调查结果
第18题：您认为下列哪些属于数学模型？从图2-2-5中可知：判定“酶活性受温度影响曲线图”和“自由组合定律棋盘”属于数学模型的占比为73.17%，判定“光合作用方程式”和“细胞周期图”属于数学模型的占比仅为51.22%和53.66%。
图2-2-5 判定属于生物学数学模型的调查结果
通过以上分析可以看出，教师对数学模型的认识并不深，教师在实际课堂中并不关注数学模型。大部分高中生物学教师对教材中的数学模型认识不完全，分类不是很清楚，对数学模型认知只局限在较浅的层面。教师平时不太关注数学模型，只对教材中明确标出的数学模型才有认知能力。我们通过访谈10位不同教龄和学校的教师发现，其实大家平时在教学中能应用数学模型开展教学活动，但是并不能确定这是否是数学模型或者到底是什么性质的数学模型。这与调查问卷的最终数据基本吻合。
第19题：您认为下列哪些属于物理模型？从图2-2-6中可知：判定“DNA的双螺旋结构”“组织器官立体模型”“生物膜镶嵌模型”属于物理模型的占比都超过70%，判定“内环境模式图”和“泥塘生态系统图”属于物理模型的占比仅为31.71%和41.46%。
图2-2-6 判定属于生物学物理模型的调查结果
通过以上分析得知，教师对必修教材的物理模型构建了解较好，对选修及扩展知识掌握程度不深，只局限于课本教学，对衍生知识能力迁移应用较差。大部分生物教师对静态物理模型、动态物理模型比较了解，但对内环境模式图、泥塘生态系统图了解就不充分。我们通过访谈得知，沪教版和人教版生物学教材对这方面知识不太涉及，设为选修部分，这是教师对此部分模型构建认知欠缺的原因。
第20题：您认为下列哪些属于概念模型？从图2-2-7中可知：判定“中心法则”“三大营养物质转化”属于概念模型的占比为85.37%，判定“新物种形成”属于概念模型的占比为70.73%，判定“孟德尔分离定律”和“内环境”属于概念模型的占比仅为63.41%和56.10%。
图2-2-7 判定属于生物学概念模型的调查结果
从数据可以看出，大部分教师对概念模型掌握较好。通过对10位不同教龄和学校教师进行访谈得知，在教学过程中，概念模型的应用较多并且容易开展教学活动。
总之，教师对生物学模型构建有所了解，对具体的数学模型、物理模型和概念模型分类也能简单区分，但对具体知识体系及模型类型的划分、对教学实践中模型的应用还很欠缺，尤其沪教版教材改革以后，新教材内容新颖，内容难度提高，涉及知识体系增多，更需要教师对教材中的模型进行归纳总结，通过科学的模型构建教学方法，将模型应用于教学实践当中。
③教师对生物学模型教学的了解。
第9题：您愿意花费时间在课堂上利用模型构建进行教学吗？调查显示，大部分教师还是比较愿意在课堂上花费时间构建模型的，但是又怕这种教学形式的内容学生不能很好地应用和理解，耽误教学进度安排。
第10题：您认为引用模型会提高课堂效率吗？85.37%的教师认为模型可以有效提高课堂效率，14.63%的教师认为偶尔提高。在教学过程中应用生物学模型构建方式达到教学目标，开展教学活动有利于学生对知识的学习。
第11题：您认为培养学生建模能力重要吗？63.41%的教师认为非常重要，34.15%的教师认为比较重要，2.44%的教师认为不重要。学生建模能力的培养有利于课堂效率提高。
第16题：在您的教学过程中，哪些模型最常见？第17题：您在课堂上使用过哪些模型？85.37%的教师选择了概念模型，82.93%的教师选择了实物模型，53.66%的教师选择了物理模型，51.22%的教师选择了数学模型，9.76%的教师选择了其他。大部分教师认为数学模型和实物模型（物理模型）在教学应用中比较常见，但是数学模型这种信息数据处理的模型很少见。
④教师教学模型专业发展及案例情况。
第12、13、14、15题，针对苏州区域和上海区域进修学院、学校及教研组对高中生物学教师的生物学模型构建方面研讨活动及教学培训进行调查。
第12题：贵校组织过教师参加相关模型构建培训吗？从图2-2-8中可知：17.07%的教师经常接受相关培训，39.02%的教师偶尔参加培训，31.71%的教师从没参加过培训。从调查结果可知，针对教师生物学模型构建的培训很少，并且教学应用也不是很多。通过对10名不同教龄和学校教师访谈得知：平时教研教学在生物学模型方面的探讨基本为零，或者教师在教学操作中应用后却不知道这属于生物教学模型构建，没有统一的培训或研讨活动。
图2-2-8 教师接受模型结构培训的调查结果
第13题：您听过利用模型构建教学的公开课吗？43.90%的教师经常听，46.34%的教师偶尔听。从数据可知，大部分教师还是听过模型构建的公开课的，尤其在生物新教材实施以来，苏州区域和上海区域开展的高中生物公开课大概有10节，其中4节课教学环节涉及了生物学模型构建，从新课到实验课，教学方法得到改进，教学水平得到提高。
第14题：如果开展模型构建教学培训，您愿意参加吗？43.9%的教师非常愿意参加培训，53.66的教师愿意参加培训，2.44%的教师不清楚是否愿意参加培训。苏州区域和上海区域高中教师愿意通过参与培训的方式培养自己的教学能力，使生物学模型构建应用到教学当中，更好地提高课堂教学效率，有助于学生更好地学习生物学知识，并利用科学的学习方法，打造思维创新能力。通过对10名不同教龄和学校教师的访谈得知：大部分教师希望以邀请专家讲座、公开课或研讨会活动的形式，进行生物学模型构建教学能力的培训。
第15题：您认为开展模型构建培训有必要吗？43.90%的教师认为非常必要，48.78%的教师认为必要，2.44%的教师认为没有必要，4.88%的教师认为不清楚。从以上数据得出，大部分教师还是认为模型构建的培训是非常必要的。
⑤生物学模型构建教学的实施。
第21题：您认为所进行的模型教学中哪些环节比较关键？
第22题：依据您的教学经验，以下哪些是比较有效的教学手段？
第23题：实际教学中，您经常使用哪些方式开展模型教学？
第24题：在实际的教学中，影响开展模型构建的教学因素有哪些？
90.24%的教师认为建立模型比较重要，78.05%的教师认为分析模型比较重要，75.61%的教师认为应用模型比较重要，85.37%的教师认为通过探究活动构建模型较好，78.05%的教师认为通过课堂活动构建模型较好，85.37%的教师认为教师引导学生构建模型较好，75.61%的教师认为学生学习困难是影响模型构建的因素，但68.29%的教师认为自身经验不足也是关键。从生物学模型构建教学实施中我们发现，教学手段单一、教师经验不足及学生对模型理解困难是阻碍模型构建的关键因素。如果想更好地开展模型构建教学，要从三个方面着手：第一，教师和学生应具备模型构建的基本认知能力；第二，教师应处理好教学安排与模型构建之间的时间关系，将模型构建应用于教学当中；第三，学生主动利用模型构建解决学习中的问题，获取知识。
⑥生物学模型构建的建议。
第25题：下列哪些措施有助于开展模型构建教学？80.49%的教师选择建模指导，78.05%的教师选择教研组交流切磋，65.85%的教师选择学习与模型构建相关的教学理论，63.41%的教师选择需要提供建模资源，如图2-2-9所示。
图2-2-9 有助于开展模型构建教学措施的调查结果
2.对学生生物学模型构建现状的调查分析
（1）学生调查问卷设计。
利用调查问卷的方法，了解学生在生物学习过程中对生物学模型、建模的认知以及概念模型、数学模型和物理模型学习行为情况。
（2）问卷编制。
调查高中生物学模型教学现状的调查问卷主要包含6个维度，总共18道题，其中有11道单选题、5道多选题、2道填空题。调查问卷题目的具体分布情况见表2-2-2。
表2-2-2 高中生物学模型构建教学学生调查问卷的维度
（3）样本信息。
本次学生调查问卷的对象是苏州区域和上海区域的各个学校学生，采取随机网络调查形式，共发送480份问卷，回收480份（皆有效），回收率为100%。
（4）学生调查问卷结果及分析。
①高中学生基本情况。
问卷调查结果显示，参与问卷调查的对象男女比例相近，男生48.54%，女生51.46%；44.38%的学生分布在高一，55.63%的学生分布在高二；学生分布在全区各个中学，其中，55.63%的学生分布在市重点高中，26.25%的学生分布在普通高中，18.13%的学生分布在区重点高中，见表2-2-3。
表2-2-3 调查的对象及其相应属性
②学生对生物学模型概念的分类与认知。
你了解生物学模型吗？51.05%的学生对生物学模型还是了解的，6.04%的学生不了解。从数据可以得知，大部分学生在课堂学习过程中接触过生物学模型方面的建模思维训练，但是并不是很全面。
老师上课会用到生物学模型讲解吗？32.71%的学生表示经常在课堂上遇到老师用生物学模型教学，43.33%的学生表示偶尔遇到，17.71%的学生表示很少遇到，6.25%的学生表示从来没有遇到。从数据得知，教师在课堂上对生物学模型教学应用较少，学生建模能力培养有限。
你认为老师在课堂上注重能力训练还是答题训练？74.17%的学生认为两者兼有，但是随后访谈发现，课堂上对模型构建方面的训练很少。
你认为增强生物学模型能力有必要吗？40.42%的学生认为非常有必要，49.17%的学生认为有必要，1.46%的学生认为没有必要，8.96%的学生不确定。从数据可以看出，学生对生物课堂建模有极大需求。
你愿意老师在课堂上使用模型教学吗？53.13%的学生非常愿意老师在课堂上使用模型教学，41.04%的学生愿意，仅有1.04%的学生不愿意和4.79%的学生不确定。从数据可以看出，绝大多数学生愿意教师在课堂上通过生物建模教授生物知识。
高二学生选做题：请你仔细辨析下列模型，根据提示完成归类。
对于选项Ⅰ，其调查结果见表2-2-4。
表2-2-4 对数学模型判定的调查结果
从选做题目可以看出，选ABCD的频次达到27，大部分学生认为属于数学模型的有：光合作用方程式、酶活性受温度影响示意图、色素吸收光谱变化曲线、细胞周期图。回答“不知道”的频次达到10。从数据可知，部分学生还是不明白什么知识点属于数学模型，对知识体系认知还是不明显。
对于选项Ⅱ，其调查结果见表2-2-5。
表2-2-5 对物理模型判定的调查结果
从选做题目可以看出，选FGH的频次达到34，大部分学生认为属于物理模型的有：DNA分子双螺旋结构模型、组织器官立体模型、生物膜镶嵌模型。这反映出大多数学生对物理模型构建掌握得比较准确。
对于选项Ⅲ，其调查结果见表2-2-6。
表2-2-6 对概念模型判定的调查结果
从选做题目可以看出，“不知道”的频次为11，IJKLNO的频次为7，从数据可以看出，大部分学生对概念模型不了解。
③学生对建模意义的认知。
你愿意参与模型构建过程吗？48.33%的学生非常愿意参加，44.58%的学生愿意参加，2.51%的学生不愿意，4.58%的学生不确定。从数据可以看出，92.91%的学生有意愿参加模型构建。
生物学模型对生物学习有帮助吗？45.96%的学生认为对生物学习很有帮助，44.67%的学生认为有帮助，8.33%的学生认为有一点帮助，1.04%的学生认为没有帮助。90.63%的学生认为在课堂中渗透模型有利于知识学习。
你愿意教师对你进行模型构建训练吗？44.79%的学生非常愿意，44.58%的学生愿意，7.92%的学生比较愿意，2.71%的学生不愿意。89.37%的学生期待有模型构建培训。
笔者认为，教师在教学过程当中适当地加入模型构建思路和方法，更有助于激活学生对生物学学习的兴趣。例如，利用纸片搭建DNA分子双螺旋模型，利用思维导图构建知识框架，利用线形图分析温度、pH和酶活性之间的关系，将复杂、抽象的知识点简单化，培养这种建模思维能力和意识。
④学生对生物学模型构建课堂应用情况。
你认为下面哪些模型可以在生物学课堂上应用？75.21%的学生选了数学模型，78.96%的学生选了物理模型，88.96%的学生选了概念模型，22.29%的学生选了其他。从数据可以看出，学生认为数学模型、概念模型和物理模型在课堂上都可以很好地应用。
你认为老师在生物学课堂上使用过哪些模型？45.63%的学生表示老师在课堂上使用了数学模型，54.79%的学生表示使用了物理模型，72.29%的学生表示使用了概念模型，23.96%的学生表示没有使用模型。
你认为教师在课堂上引入模型会起到什么作用？调查结果见表2-2-7。
表2-2-7 将模型引入课堂的调查结果
大部分学生认为教师在课堂上进行模型构建有利于学生形成清晰的生物学概念，有利于培养学生的想象力、创造力、科学精神和学科素养，增加学习乐趣。
你更喜欢教师的哪些教学方式？调查结果见表2-2-8。
表2-2-8 喜欢教师教学方式类型的调查结果
从调查结果中可知：80%的学生更希望教师在课堂教学过程中开发生物学模型资源教学和多利用多媒体教学。
实际教学中，你的教师经常使用哪些方式开展模型教学？调查结果见表2-2-9。
表2-2-9 教师常使用的模型教学方式的调查结果
从调查结果中可知：实际教学中，教师经常使用合作探究构建模型和引导学生构建模型的方式开展模型教学。
总之，从调查数据得知，高中学生认可生物学模型的价值，但是对生物学模型认知比较浅薄，学生建模和应用模型意识较差。