探寻建模之路,促进思维发展 —对课题《基于高阶能力发展的初中生物课堂建模教学实践研究》的理解

     工作的头几年,每每开学,我便内心烦躁,因为我即将要面对了无生趣的课堂,即将要管控吵闹厌学的学生,我也常常对此心生无奈,日子一天一天地过着,然后即将要面对不忍直视的考试成绩,如此反复,开学就如噩梦一般。然后,我渐渐地习惯这样的生活。直到我遇见了一群人,他们深入地学习教育理论,热烈地探讨生命教育。开始时,我并不以为然,教育的大环境就是这样,你能改变什么?他们说,你改变不了大环境,可是,你可以改变你的课堂啊!随着时间的流逝,生命教育理念一点一滴的渗透,我也开始尝试地学着改变我的课堂。看着因我自己的教学方式、教育态度的改变,我欣喜地看到学生发挥着他们的巨大潜能,看到他们更喜欢我和我的课堂,也发现我已不再惧怕课堂,而是期待与学生的上课时光。

     近年来,人工智能的迅猛发展,我们知识储备量的大小还是最重要的吗?不懂的直接度娘下不就可以了么?要论知识储备、计算速度,多数人比得过AI吗?那我们考核学生时还像以往一样,谁记忆的知识更多就更优秀吗?死记硬背来的优秀,终究是不会有大发展的,现在是,以后更是。因此,我们还要培养死记硬背的学生吗?答案是否定的,我们的课题在这样的时代背景中也就应景而生。

      我们的课题为《基于高阶能力发展的初中生物课堂建模教学实践研究》,旨在希望通过指导学生建模学习来提高他们的高阶能力。高阶能力是以高阶思维为核心,解决劣构问题或复杂任务的心理特征。具体说来,是指问题求解、决策制定、批判性思维和创造性思维能力,是综合运用分析性、创造性和实践性思维的能力。高阶能力是学习高阶知识、发展高阶思维和实现知识远迁移的能力。发展高阶思维能力,是促进学习者发展的核心,是学习者深入理解生物学概念的必备能力。而建模学习可以提高高阶能力,原因在于:建模,是在问题情境中形成实体、符号或抽象表征的过程和产物。当物体或现象太大或太小,过程和系统运作得太快或太复杂时,模型将是一个非常有用的工具,它可以协助科学家描述、解释或预测现象。科学教育鼓励学生融入到真实的科学实践中,像科学家那样了解知识形成的过程。倡导学生主动参与、乐于探究、勤于动手,培养学生搜集和处理信息的能力、获取新知识的能力、分析和解决问题的能力以及交流与合作的能力。而要达到这样的目的,一些学者认为可以从建模的层面进行教育改革。研究表明学生在具体的情境中主动参与建模活动可以形成对生物学概念的深入理解,增加解决实际问题的能力,促进学生对科学本质理解,提高学生学习的主动性,学生对知识的学习可提高到高阶学习层次,深入理解科学本质,焕发课堂教学的活力。因此,基于高阶能力发展的初中生物课堂建模教学实践研究对于教育改革来说有巨大的潜力。

     关于建模的种类,有关论文中是分为:概念模型、数学模型和物理模型,但这样的分类较笼统,指代不清晰,因此我们课题中是用北师大刘恩山教授提出的分类法来分类,指代更明确些。共有八种:(1)尺度模型是指按实物比例进行放大或缩小的模型。(2)类比模型是指用一些熟悉的事物(此处称为“资源”)来表征不了解的事物(此处称为“目标”),依据是“资源”与“目标”间的一些相似属性。(3)图像和符号模型。例如原子结构图等属于图像,分子式等属于符号模型。(4)数学模型,主要包括数学表达式和表示数学关系的图表和表格。(5)不表示数学关系的图表和表格。(6)理论模型,主要是人类所构建的便于用来描述理论的一类模型。(7)概念-过程模型,主要强调的是双向反应过程。(8)系统模型。系统模型主要关注的是系统的运作方式。系统模型包括示意图和动态模型两类。

     关于建模教学:凡是涉及模型构建、模型使用、模型评价、模型修正过程的教学。建模的一般步骤:施瓦尔茨等人提出了科学建模教学顺序,认为建模教学实施过程包括七个主要步骤:

①锚定自然现象,即为了使学生学习某个概念,引入和该概念紧密相关的引发性问题和现象;

②建构模型,这个模型是初始的模型,在建构模型的过程中要引导学生关注和讨论模型的功能和本质这些问题;

③通过实证检验模型,即通过调查模型是否能够解释或预测现象,来看模型是否较好地反映了其所表征的现象;

④评价模型,即将实证的结果与模型进行比较,讨论该模型需要在哪些地方进行修改;

⑤测试模型反驳其他想法,即通过测试模型来反对其他理论;

⑥修改模型,即基于新的证据去修改模型,比较竞争模型的优缺点,建构起一个共识模型;

⑦使用模型进行预测或解释,即应用模型来解释和预测其他现象。

     在这样的学习过程中,势必开动学生的思维,提高学生间的合作及互帮互助,都在隐性地提高学生的高阶能力发展。

     在建模课堂教学中,因受课时的限制,可以直接用一些现成的模型,如尺度模型中的心脏模型,肾脏模型,做得很逼真,当然有时间也可以让学生亲自动手做,学生对结构的认识会更深刻。也可以评价、修正一些现成的模型,讨论可以修改的地方。可以以节课都建模,也可以就一节课的某个知识点建模。

     在教学中,不可一下子就把建模抛给学生去做,那对多数初中生来说,太难了。在开始时,要加以引导。

      大家都是本课题的实践者,也是摸索着,也许我们的研究对后人会有意义,因此留下研究的真实过程非常重要,随手记录我们的心得体会、反思,如何让我们可以上一节更有意义的建模课将是特别宝贵的资料。因此建议大家写教学随笔。在QQ群中,大家彼此分享、讨论,目的也是互相帮助、互相促进,希望在课题进行一段时间后,我们能够清晰地认识建模课。再一段时间后,我们能有自己的一、二节较完整的建模课,有教学设计、反思、实录,最终形成论文,让自己的教学更愉快,学生更健康,也对其他老师的教学能有帮助之处。

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