高中生物系列模型评价量表的编制

杨其 霍静 杨宿燕

摘要：科学思维的培养需要建立在解决实际问题的过程中。本研究编制了高中生物系列模型评价量表，在对其进行验证和修订后，应用该量表对“DNA到性状表现”的生物系列模型进行评价。结果表明系列模型评价量表可用于分析高中生物系列模型质量，发展学生的科学思维。

关键词：高中生物;科学思维;系列模型;评价量表

模型从功能角度上可以分为物理模型、概念模型、数学模型、图像模型、类比模型、模拟等[1]。“模型与建模”是科学学习者的关键工具[2]，是逐渐发展中学生科学思维的具体方法。《普通高中生物课程标准（2017版）》（以下简称“新课标”）强调应用模型帮助学生理解抽象的科学知识。例如，“遗传的分子基础”知识单元包括的模型有DNA双螺旋结构，基因转录、翻译过程图解等。这些类型多样的模型，分别隶属于不同的章节，帮助学生理解对应的生物学概念，但孤立的知识，不利于形成知识间的联系，学生难以形成知识结构。为了解决这个问题，本研究根据已发表文献中的“花青素合成酶”基因的一段具体序列，制作了一个“花青素合成酶基因的DNA双螺旋结构”物理模型，并配合该序列制作了转录、翻译的动态的图像模型，以及学生动手操作的蛋白质翻译物理模型，再利用提取出的花青素，让学生完成实验，观察植物的颜色随环境pH的变化而变化，通过构建的这一套系列模型帮助学生探秘姹紫嫣红的植物世界，理解植物花的颜色性状由基因和环境因素共同决定，并建构起了从“DNA到性状表现”的知识结构，这种具有联系的多个模型，组合成了“生物系列模型”。

如何评价该生物系列模型是否符合中学教学的需要，是否能帮助学生形成知识结构，并基于生物学事实和证据运用归纳与概括、演绎与推理等方法，探讨、阐释生命现象及规律，发展学生的科学思维，还须开发相关的评价量表进行评价。因此，在完成系列模型开发与制作的基础上，从评价的目标和任务出发，采用演绎的思维方式[3]，编制和修订生物系列模型评价量表，并用于评价“遗传的分子基础”的系列模型，检测其实效性。

生物系列模型是高中生物学相关的、由师生共同建构的模型，是思想、事件、过程与实物结合后的系统表现，是为达成生物学教育目标而模拟原型并做了简化的描述。它不包括原型的全部特征，但能描述、解释、反映原型所包含的科学知识及其本质特征，并建立要素或变量之间的关系[4]。系列模型是多个有联系的模型，帮助学习理解知识单元的结构，并发展学生的科学思维。

一、生物系列模型指标体系的初构

在参考与模型评价相关的文献基础上，考虑到“教具”也是模型的一种形式，又搜集“中学生物模型评价”和“中学生物教具评价”相关的文献资料，提取出与生物模型评价相关的指标进行词频统计，得到图1所示结果。

通过分析、比较图1各指标内涵，将指标有重合的内容进一步整合，如科学性和准确性;将不同层次的指标进一步进行归类，如使用价值应该包含了传递知识、掌握知识间的联系等。确定了生物系列模型是对所表征对象的简化和描述，并以“基本特性”“在学习中的作用”和“主要特色”三个指标作为高中生物系列模型评价的一级指标。

“基本特性”主要依据模型建构的基本原则。模型是对所表征对象的简化和描述，必须具科学性，即模型与所表征对象具有相似性且更简明。除此之外，模型还应有趣、美观，才能引起学生探究的欲望[5]。因此，系列模型的二级指标包括相似性、简明性、趣味性、美观性。由于系列模型涉及多个模型，它们间应相互关联，因而系列模型的二级指标还应包括系统性。

“在学习中的作用”的基本指标由模型建构的目的确定。高中生物系列模型是为了帮助学生更好地完成知识的记忆和理解，为其在新环境中实现知识的迁移应用作基础，即训练学生科学思维。具体表现在能帮助学生突破生物学重难点知识的学习[6]，并将知识有效串联，形成知识结构;结合创设的学习情境，启发学生思考相关问题，分析问题，基于事实和证据解决问题，从而发展科学思维。“在学习中的作用”的二级指标包括呈现知识、简化重难点知识、促进形成知识结构、启发思考、解决问题。

“主要特色”是生物系列模型在其他方面的优点。建构模型时，如果在前人研究基础之上，不斷创新、完善，能强化学生创新思维的培养;如果能考虑工程、艺术、物理等多学科的知识，并且从学生认知特点出发，注重教育情境的创设以及模型的互动效果的设计，能丰富模型的内涵。同时，模型制作材料应优先考虑生活中容易获得的物品，这样模型会更具有安全性、实用性，具备推广价值。“主要特色”包含的二级指标有创新性、可操作性、多学科知识融合性、可推广性。

二、验证与完善生物系列模型评价量表

量表初步完成后，首先咨询了6名专家型高中生物教师对指标体系的意见，根据专家意见修订出“生物系列模型评价量表”的指标体系。

之后利用“问卷星”平台，向中学生物教师咨询“生物的系列模型评价量表”各级指标意见，通过网络回收有效问卷43份。再用定量统计法对单纯排序指标利用公式（1-1）[7]计算权重。

（注：n为有效问卷总数;m为同层指标数;Ri为各指标各个等级排序之和;Wi为指标的权重，∑Wi=1。）

根据统计结果，计算各级指标及其权重如表1所示，对评价量表中的每一项指标评定标准制定为优、良、中、差四个等级，分别表示4、3、2、1分，得到最终的评价量表（见表1）。

三、生物系列模型评价量表的初步应用

邀请5名专家利用建构的生物系列模型评价量表进一步评价以“从DNA到性状表现”遗传的分子基础知识单元系列生物模型。优、良、中、差分别计分为4、3、2、1。专家评分的平均分为3.22分。一级指标分值与总分的相关系数为0.884～0.933，均有统计学意义（P值均<0.05），说明相关性较大。二级指标信度分别为0.79～0.86，量表的总体信度为0.83，均在0.70以上。也就是说，本研究构建的高中生物系列模型评价指标体系具有较好的内部一致性。

模型的建构和使用，离不开故事和话语理解、演绎和归纳推理[8]，生物系列模型能够帮助学生形成知识结构，能在发展学生科学思维上发挥指导作用。开发生物系列模型的评价量表，对于教师有据可循的教学行为具有重要的指导意义。

教师在建构系列模型教学时，为了避免主观上的偏见，需要在教学实践中寻找评价教学行为的依据，编制评价量表就是一个重要的工具，在这个过程中教师的教学行为可以得到规范，也为培养学生的科学思维找到载体。通过开发更具针对性的与原型相似并且比其简明的模型，简化重难点知识，有效地呈现关键知识，易于学生掌握;通过开发相互关联的多个模型，将知识有效串联，帮助学生形成知识结构，为学生知识迁移应用、问题解决作铺垫;通过开发趣味性、美观性强的模型，吸引学生主动探索，在动手操作过程中启发学生思考、阐释生命现象及规律;通过开发融合多学科知识的模型，帮助学生更好地审视或论证生物学社会议题，应用多学科知识来共同解决生活中的问题[9]，让学生在基于模型证据解释现象、解决问题的过程中发展科学思维。

教师还可以为学生创设合理的建模情境，引导学生对生命现象进行观察，使用类比推理将他人模型的各个方面综合，运用创造性思维自主建构模型，解决问题。学生所建模型显示出的知识通常比用传统评价方法评价出的内容更深刻也更具理解性[10]。教师可通过评价量表评价学生建立的模型，以此评估学生对知识的理解，有效地对学生进行知识获得和科学思维训练上的指导。

高中生物系列模型评价指标体系的编制是一项改善基础教育生物课程质量的基础工作。本研究在探索指标体系时，依据是我国高中生物课程标准和生物教材对科学思维、模型相关的界定和描述，运用了测量学的理论和经验，同时考虑生物课程教学中的实际状况，为高中生物教学中模型的建构、评价、基于模型的科学思维的训练提供了基础资料。

参考文献：

[1]   赵萍萍，刘恩山.科学教育中模型定义及其分类研究述评[J].教育学报，2015，11（01）.

[2]   RichardK.Coll，BevFrance，IanTaylor.Theroleofmodelsand analogies in science education：implications from research[J].International Journal of Science Education，2005，27（02）.

[3]   张所帅.评价量表的内涵、特点及开发[J].教学与管理，2019（09）.

[4]   李鹏鸽，龚文慧，秦蕊，王旭，夏志卿.模型认知素养及其在化学概念教学中的落实[J].教学与管理，2018（04）.

[5]   李明，吕佩玉.教具设计与制作[M].长春：东北师范大学出版社，2014.

[6]   李振海.教具的制作與使用[M].长春：东北师范大学出版社，1997.

[7]   王景英.教育评价学[M].长春：东北师范大学出版社，2005.

[8]   SvobodaJ，PassmoreC.TheStrategiesofModelinginBiology Education[J].Science&Education，2013，22（01）.

[9]   Hoskinson A M，Couch B A，Zwickl B M，et al.Bridging Physics and BiologyTeachingthroughModeling[J].AmericanJournalofPhysics，2013，82（05）.

[10] 何美，裴新宁.科学教学中的建模活动：若干概念与研究主题[J].全球教育展望，2009，38（02）.

【责任编辑 郭振玲】

该文为重庆市人文社会科学重点研究基地项目“科学实验与科学思维培养的策略研究”（14SKB039）、重庆市普通高中教育教学改革研究课题“基于生物教学的学生理性思维培养的实践研究”（2017CQJWGZ3044）的部分成果