“雙新”背景下高中生物建模教學(xué)活動的實踐探索

安燁 _ 北京市第三十五中學(xué)

《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》對培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維明確提出了模型與建模的要求。但是，在實際課堂教學(xué)活動中，由于課時緊、耗時多、可操作性不強、學(xué)生活動意愿低等原因，教師難以經(jīng)常性、持續(xù)組織建構(gòu)模型的教學(xué)活動。本文就高中生物教學(xué)實踐中如何開展“建模”教學(xué)活動進(jìn)行探討。

1.模型建構(gòu)助力學(xué)生自主預(yù)習(xí)

物理模型側(cè)重對生物學(xué)現(xiàn)象的模擬，可以將微觀的細(xì)胞和分子層面的結(jié)構(gòu)或者過程簡化，學(xué)生通過制作物理模型可以形象直觀地把握事物本質(zhì)特征，并在此基礎(chǔ)上對各要素、各個概念進(jìn)行聯(lián)系和整合，最終將自我理解呈現(xiàn)和表達(dá)出來。但是，物理模型的制作往往需要準(zhǔn)備材料，制作時間較長，不適合在40分鐘的課堂教學(xué)中開展。對于簡單淺顯、適合自學(xué)的內(nèi)容，如真核細(xì)胞的結(jié)構(gòu)和細(xì)胞膜的流動鑲嵌模型，教師可以將制作模型作為課前的預(yù)習(xí)作業(yè)，讓學(xué)生在家里充分準(zhǔn)備、選取不同的材料制作模型，以了解不同細(xì)胞器的結(jié)構(gòu)和功能。

教師要充分利用這些模型，將其作為課堂教學(xué)的資源。在課堂展示過程中，可以讓學(xué)生分析他人的模型，根據(jù)特點準(zhǔn)確識別判斷是什么結(jié)構(gòu)，也可以讓學(xué)生互相交流、質(zhì)疑、評價模型。比如，有的學(xué)生提出模型結(jié)構(gòu)不能看出細(xì)胞器，那么制作的同學(xué)就要從結(jié)構(gòu)的特點和選擇的材料進(jìn)行解釋；還有的學(xué)生會指出模型中不科學(xué)的地方，并提出改進(jìn)建議。通過一系列的互動，讓學(xué)生的思維產(chǎn)生碰撞，有助于加深學(xué)生對生物學(xué)知識和概念的再理解，發(fā)展學(xué)生的批判性思維和交流合作的能力。

2.模型建構(gòu)提升學(xué)生科學(xué)思維

高中生物學(xué)中的許多細(xì)胞和分子水平內(nèi)容是微觀抽象的，學(xué)生不易理解。通過設(shè)計構(gòu)建模型的活動，可以使之形象化，讓學(xué)生更易理解掌握。以高中生物學(xué)必修二第二章第一節(jié)“減數(shù)分裂”為例，減數(shù)分裂中染色體的行為和數(shù)量的變化，是動態(tài)變化的過程，抽象難懂。在教學(xué)中通常會選用動畫模擬視頻幫助學(xué)生更直觀形象地學(xué)習(xí)染色體的動態(tài)變化。但是，學(xué)生看懂動畫，能夠說出染色體行為的變化特點，并不代表真正理解。一旦要求學(xué)生以寫、畫、模型制作等思維外顯的手段呈現(xiàn)染色體行為變化過程時，就會暴露學(xué)生真正理解的程度和思維障礙的節(jié)點。因此，教師可以先展示精原細(xì)胞減數(shù)分裂的真實錄像，讓學(xué)生對減數(shù)分裂有初步的直觀體驗，然后按小組準(zhǔn)備好8根兩種不同顏色的扭扭棒，要求學(xué)生開展小組合作，用扭扭棒模擬構(gòu)建精原細(xì)胞形成精子過程中每個時期染色體的變化特點。

根據(jù)學(xué)生構(gòu)建模型的過程中出現(xiàn)的錯誤，教師可以發(fā)現(xiàn)學(xué)生的理解障礙和誤解，隨時對學(xué)生進(jìn)行評估反饋。比如，有學(xué)生用兩條不同顏色的扭扭棒捆在一起來表示一條染色體的姐妹染色單體，或者制作的同源染色體形態(tài)不一樣，這都體現(xiàn)出學(xué)生對于姐妹染色單體和同源染色體概念的實質(zhì)理解錯誤。作為教師，我們應(yīng)該抓住學(xué)生這種典型錯誤認(rèn)知的契機，調(diào)動學(xué)生小組之間的評價交流，讓學(xué)生和學(xué)生之間進(jìn)行思維碰撞、互相講解，了解姐妹染色單體和同源染色體的差異。

3.模型建構(gòu)反饋學(xué)生學(xué)習(xí)成果

有些學(xué)習(xí)內(nèi)容相對難度稍大，學(xué)生容易出現(xiàn)理解錯誤，教師可以在授課后，布置制作模型的個性化作業(yè)，用以檢驗學(xué)生的理解程度。比如，高中生物學(xué)必修二中的制作DNA分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，如果在課前布置，學(xué)生容易忽略DNA分子結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)特征，更關(guān)注雙螺旋的空間結(jié)構(gòu)的構(gòu)建。在課堂教學(xué)后，再布置建構(gòu)模型的作業(yè)，就應(yīng)明確要求學(xué)生利用家中材料，動手制作DNA分子的雙螺旋模型，呈現(xiàn)出DNA反向平行和堿基互補配對等主要特征。教師可以根據(jù)學(xué)生模型中出現(xiàn)的錯誤，有針對性地進(jìn)行反饋和糾正。在這個過程中，學(xué)生不僅能夠掌握DNA分子的結(jié)構(gòu)特征，對模型的深入分析和反思修正，也更加體會到構(gòu)建模型的研究過程和方法，真正將科學(xué)探究和科學(xué)思維等核心素養(yǎng)落在實處[1]。

4.模型建構(gòu)促進(jìn)核心概念及生命觀念的形成

生命觀念是生物學(xué)科核心素養(yǎng)之一，學(xué)生形成生命觀念要以事實性知識和概念性知識的教學(xué)為基礎(chǔ)。但是，我們不能機械地告訴學(xué)生生命觀念是什么、有什么，學(xué)生說出結(jié)構(gòu)和功能觀、穩(wěn)態(tài)與平衡觀、物質(zhì)與能量觀等名詞，并不理解生命觀念的內(nèi)涵與外延，無法利用這些生命觀念指導(dǎo)探究生命活動規(guī)律、解釋生活中生物學(xué)現(xiàn)象，解決實際問題。其實，學(xué)生更容易接受的是事實性知識，需要教師持續(xù)的努力，用一個或多個單元的教學(xué)安排逐漸完成。教師可以引導(dǎo)學(xué)生通過探究、構(gòu)建模型、資料分析等教學(xué)活動，構(gòu)建一節(jié)教學(xué)內(nèi)容的概念模型。但是，學(xué)生學(xué)習(xí)過一個單元、一章內(nèi)容后，知識與知識間的聯(lián)系、概念與概念間的邏輯體系需要學(xué)生進(jìn)一步的總結(jié)歸納、比較分析和整合，構(gòu)建合理的具有個性、邏輯性的知識框架，形成系統(tǒng)的概念模型。比如，人教版高中生物學(xué)必修一“分子與細(xì)胞”的教學(xué)過程中，學(xué)生通過構(gòu)建真核細(xì)胞的結(jié)構(gòu)與功能知識框架和細(xì)胞的分子組成知識框架，能深刻體會到結(jié)構(gòu)與功能觀、生命的系統(tǒng)觀與物質(zhì)觀。

通過以上分析可以看出，學(xué)生的生命觀念是在眾多概念性知識積累、構(gòu)建知識框架和概念體系的基礎(chǔ)上逐步形成、不斷深化的。如果我們能夠持續(xù)地進(jìn)行模型構(gòu)建的訓(xùn)練，每章節(jié)都要求學(xué)生進(jìn)行知識框架的總結(jié)，同時將優(yōu)秀作品以多種方式呈現(xiàn)交流，那么學(xué)生習(xí)得的不僅是章節(jié)知識、概念、生命觀念，更能夠形成、固化構(gòu)建模型的科學(xué)思維。由此，多方面實現(xiàn)學(xué)生生物學(xué)科核心素養(yǎng)的落地?！?/p>