模型是人們按照特定的科學(xué)研究目的,在一定的假設(shè)條件下,再現(xiàn)原型客體某種本質(zhì)特征（如結(jié)構(gòu)特性、功能、關(guān)系、過程等）的物質(zhì)形式或思維形式的類似物.作為一種現(xiàn)代科學(xué)認(rèn)識手段和思維方法,模型具有兩方面的含義:一是抽象化,二是具體化.一方面,我們可以從原型出發(fā),根據(jù)某一特定目的,抓住原型的本質(zhì)特征,對原型進(jìn)行抽象、簡化和純化,建構(gòu)一個能反映原型本質(zhì)聯(lián)系的模型,并進(jìn)而通過對模型的研究獲取原型的信息,為形成理論建立基礎(chǔ).另一方面,高度抽象化的科學(xué)概念、假說和理論要正確體現(xiàn)其認(rèn)識功能,又必須具體化為某個特定的模型,才能發(fā)揮理論指導(dǎo)實踐的作用.所以,模型作為一種認(rèn)識手段和思維方式,是科學(xué)認(rèn)識過程中抽象化與具體化的辯證統(tǒng)一[1].建立模型的過程,是一個思維與行為相統(tǒng)一的過程.通過對科學(xué)模型的研究來推知客體的某種性能和規(guī)律,借助模型來獲取、拓展和深化對于客體的認(rèn)識的方法,就是科學(xué)研究中常用的模型方法[2].
在現(xiàn)代生物學(xué)研究中經(jīng)常使用模型方法,通過尋找變量之間的關(guān)系,構(gòu)建模型,然后依據(jù)模型進(jìn)行推導(dǎo)、計算,作出預(yù)測.DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)過程就是一個非常典型的例子.
模型方法在科學(xué)研究中具有重要作用,它在中學(xué)生物學(xué)課程中也有著重要的教育意義.美國《國家科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》指出,學(xué)生的探究活動最終應(yīng)該構(gòu)造一種解釋或一個模型.我國課程標(biāo)準(zhǔn)也很重視模型的教育意義：在課程目標(biāo)部分對模型有了明確的要求,在具體內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)和活動建議部分也列出了“嘗試建立真核細(xì)胞的模型”、“嘗試建立數(shù)學(xué)模型”、“制作DNA分子雙螺旋模型”等內(nèi)容.高中生物學(xué)教材中,在用語言表述生命現(xiàn)象和生命活動規(guī)律的同時,也經(jīng)常用模型來進(jìn)行解釋,模型已經(jīng)成為高中生物學(xué)知識內(nèi)容的一部分.例如,雜交過程圖解事實上就是一個模型,它按遺傳學(xué)規(guī)律把雜交過程簡化,用以反映和解釋雜交試驗的過程和結(jié)果,并能通過演繹推理來預(yù)測某些雜交試驗的結(jié)果[3].人教版高中生物新教材《遺傳與進(jìn)化》中,用了圖解式解釋模型來闡述達(dá)爾文自然選擇學(xué)說的要點.在某種意義上,理解模型和進(jìn)行模型建構(gòu)活動是學(xué)生理解生物學(xué)的一把鑰匙.
高中生物學(xué)課程中的模型建構(gòu)活動,則是根據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)的要求設(shè)計的,讓學(xué)生結(jié)合具體生物學(xué)內(nèi)容的學(xué)習(xí)而進(jìn)行的建立模型的活動.值得注意的是,中學(xué)生物學(xué)課程中的模型建構(gòu)與科學(xué)研究中的建立模型既有聯(lián)系又不完全等同：前者以后者為基礎(chǔ),它們的思維過程在本質(zhì)上應(yīng)是一致的；但兩者的目的不同,建構(gòu)背景不同,建構(gòu)過程也不完全相同.高中學(xué)生建構(gòu)模型時,多數(shù)是在背景知識清晰的情況下進(jìn)行的.例如,沃森和克里克建立DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的目的,是為了揭示當(dāng)時并不清楚的DNA分子結(jié)構(gòu).他們的工作是建立當(dāng)時其他科學(xué)家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的事實的基礎(chǔ)上的：DNA分子由含有4種堿基的脫氧核苷酸構(gòu)成的長鏈,而且A的量總是等于T的量,G的量總是等于C的量；X射線衍射法推算出該分子呈螺旋狀,而且否定了該分子是單鏈或4鏈的可能.根據(jù)這些事實,沃森和克里克采用模型方法,試探著揭示DNA分子的結(jié)構(gòu).他們在構(gòu)建模型的過程中,還始終聯(lián)系該分子的功能,能夠自催化（自我復(fù)制）和異催化（能作為模板合成其他分子）.經(jīng)過緊張而又充滿創(chuàng)造性的工作,他們終于成功構(gòu)建了完全符合已知科學(xué)事實的DNA分子結(jié)構(gòu)模型.在揭示DNA分子結(jié)構(gòu)的過程中,模型方法實際上起到了研究綱領(lǐng)的作用,并形象地表現(xiàn)出分子結(jié)構(gòu),以方便對各種假說進(jìn)行驗證.顯然,建立DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的過程,既有對已知事實的歸納、抽象、簡化、舍去非本質(zhì)屬性的過程,也有對頭腦中所構(gòu)想的模型形象化、具體化的過程.所以,DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型是物理模型和概念模型的統(tǒng)一[4].高中生物學(xué)課程中的“制作DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型”的模型建構(gòu)活動,主要是對已知DNA分子為雙螺旋結(jié)構(gòu)的概念進(jìn)行具體化,所建立的模型是物理模型；其主要目的顯然不是揭示DNA分子的結(jié)構(gòu),而是通過制作物理模型來再現(xiàn)難以直接觀察到的DNA分子的結(jié)構(gòu),加深對DNA分子結(jié)構(gòu)特點的認(rèn)識和理解,并體驗具體化的模型的作用.
可以看出,高中生物學(xué)課程中的模型建構(gòu)活動,其主要價值是讓學(xué)生通過嘗試建立模型,體驗建立模型中的思維過程,領(lǐng)悟模型方法,并獲得或鞏固有關(guān)生物學(xué)概念.