基于模型建構(gòu)培養(yǎng)學(xué)生的生命觀念

葛方金

黨的十九大明確提出：“要全面貫徹黨的教育方針，落實立德樹人根本任務(wù)?！薄镀胀ǜ咧猩飳W(xué)課程標準（2017年版）》也將發(fā)展學(xué)生的生物學(xué)核心素養(yǎng)作為課程宗旨，在生物學(xué)核心素養(yǎng)的4個組成中，科學(xué)思維、科學(xué)探究及社會責(zé)任都具有自然科學(xué)領(lǐng)域的跨學(xué)科屬性，而生命觀念則是獨具生物學(xué)科特點的要素，是本學(xué)科核心素養(yǎng)的標志和關(guān)鍵。如何在高中生物教學(xué)中落實生命觀念素養(yǎng)的形成，有諸多教學(xué)策略。筆者對如何通過模型建構(gòu)培養(yǎng)學(xué)生生命觀念進行了初步探究。

1 相關(guān)概念的界定

1.1 模型與模型建構(gòu)

模型是人們?yōu)榱四撤N特定目的而對認識對象所作的一種簡化的概括性的描述。這種描述可以是定性的，也可以是定量的;有的借助于具體的實物或其他形象化的手段，有的則通過抽象的形式來表達。模型的形式很多，包括物理模型、概念模型、數(shù)學(xué)模型等。

高中生物學(xué)課程中的模型建構(gòu)活動，則是根據(jù)課程標準的要求設(shè)計的讓學(xué)生結(jié)合具體生物學(xué)內(nèi)容的學(xué)習(xí)而進行的建立模型的活動。

1.2 生命觀念

生命觀念是指對觀察到的生命現(xiàn)象及相互關(guān)系或特性進行解釋后的抽象，是人們經(jīng)過實證后的觀點，是能夠理解或解釋生物學(xué)相關(guān)事件和現(xiàn)象的意識、觀念和思想方法。培養(yǎng)學(xué)生的生命觀念，主要從培養(yǎng)學(xué)生的結(jié)構(gòu)與功能觀、進化與適應(yīng)觀、穩(wěn)態(tài)與平衡觀、物質(zhì)與能量觀等幾個方面入手，并通過這些基本的觀點去認識生命世界、解釋生命現(xiàn)象，養(yǎng)成正確的人生觀。

2 模型建構(gòu)培育學(xué)生生命觀念

2.1 建構(gòu)物理模型培育學(xué)生結(jié)構(gòu)與功能觀

物理模型是指以實物或圖畫形式直觀地表達認識對象的特性。如在“細胞的基本結(jié)構(gòu)”這一章內(nèi)容的學(xué)習(xí)后，嘗試制作真核細胞的三維結(jié)構(gòu)模型（圖1），學(xué)生自主設(shè)計方案、自選材料、構(gòu)建模型，深刻理解了細胞壁、細胞膜、細胞質(zhì)基質(zhì)和各種細胞器以及細胞核在細胞中的相對位置關(guān)系，同時也能理解各部分的結(jié)構(gòu)和功能，闡明細胞各部分結(jié)構(gòu)通過分工與合作形成相互協(xié)調(diào)的有機整體，實現(xiàn)細胞水平的各項生命活動，從而認識到細胞是生物體結(jié)構(gòu)與生命活動的基本單位。在“減數(shù)分裂和受精作用”學(xué)習(xí)的過程中，教師引導(dǎo)學(xué)生建立了減數(shù)分裂中染色體變化的模型，使學(xué)生理解配子中染色體組合的多樣性，認識到：細胞分裂過程中染色質(zhì)螺旋纏繞、縮短變粗成為染色體有利于核遺傳物質(zhì)的分配，分裂結(jié)束后染色體解開螺旋變成細長而盤曲的染色質(zhì)絲有利于DNA的復(fù)制和基因的表達。進行“DNA分子的結(jié)構(gòu)學(xué)習(xí)”時，通過制作DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，學(xué)生能感悟DNA分子中堿基對排列順序的千變?nèi)f化使DNA分子能夠儲存足夠量的遺傳信息，獨特的雙螺旋結(jié)構(gòu)和堿基互補配對保證了復(fù)制能夠準確地進行。

學(xué)生在嘗試制作真核細胞的三維結(jié)構(gòu)模型、減數(shù)分裂中染色體變化的模型和DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的過程中，需先將微觀、肉眼難以直接觀察的結(jié)構(gòu)或過程簡化，把握其主要特征，再將這些特征形象化、具體化，能體驗到一定的結(jié)構(gòu)必然對應(yīng)一定的功能，任何功能都需要一定的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)，認識到結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)，從而培育結(jié)構(gòu)與功能觀。

2.2 建構(gòu)數(shù)學(xué)模型培育學(xué)生穩(wěn)態(tài)與平衡觀

數(shù)學(xué)模型是用來描述一個系統(tǒng)或它的性質(zhì)的數(shù)學(xué)形式，常見的類型有數(shù)學(xué)公式、數(shù)據(jù)表格、柱狀圖、餅狀圖、坐標曲線圖等。例如，在學(xué)習(xí)“血糖平衡的調(diào)節(jié)”時，教師引導(dǎo)學(xué)生繪出飯后體內(nèi)血糖、胰島素、胰高血糖素的含量變化坐標曲線（圖2），理解進食后因消化吸收血糖含量升高，血漿中胰島素含量升高、胰高血糖素含量降低，從而使血糖水平降低;當(dāng)血糖含量降低時，胰島素含量降低、胰高血糖素含量升高，從而使血糖水平升高，通過調(diào)節(jié)使血糖水平維持在0.8～1.2 g/L;進而領(lǐng)悟人和動物體通過神經(jīng)一體液一免疫調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)的調(diào)節(jié)，使各個器官、系統(tǒng)協(xié)調(diào)活動，共同維持內(nèi)環(huán)境的相對穩(wěn)定狀態(tài)。

又如學(xué)習(xí)“探究培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化”時，學(xué)生依據(jù)實驗計數(shù)結(jié)果，繪制酵母菌種群數(shù)量變化曲線（圖3）并分析和解釋這一變化規(guī)律的原因，當(dāng)酵母菌種群密度增大時，生存斗爭就會加劇，使種群的繁殖率降低、死亡率升高，種群經(jīng)過一定時間的增長后，數(shù)量在K值趨于穩(wěn)定。在學(xué)習(xí)“生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性”時，構(gòu)建抵抗力穩(wěn)定性和恢復(fù)力穩(wěn)定性的數(shù)學(xué)模型，感受和體驗由于生態(tài)系統(tǒng)具有自我調(diào)節(jié)能力，能夠保持或恢復(fù)自身結(jié)構(gòu)和功能相對穩(wěn)定。

學(xué)生根據(jù)具體情境，抽象出數(shù)學(xué)規(guī)律，并用適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)形式進行表達，構(gòu)建飯后體內(nèi)血糖、胰島素、胰高血糖素的含量變化、酵母菌種群數(shù)量變化、生態(tài)系統(tǒng)抵抗力穩(wěn)定性和恢復(fù)力穩(wěn)定性的數(shù)學(xué)模型時，能感悟到生命系統(tǒng)各層次都處于穩(wěn)態(tài)與平衡中，穩(wěn)態(tài)不是恒定不變，而是一種動態(tài)平衡，穩(wěn)態(tài)和平衡是通過一定的調(diào)節(jié)機制來實現(xiàn)和保持的，從而培養(yǎng)穩(wěn)態(tài)與平衡觀。

2.3 建構(gòu)概念模型培育學(xué)生物質(zhì)與能量觀和進化與適應(yīng)觀

概念模型是為了某一應(yīng)用目的，運用語言、符號和圖形等形式，對真實世界系統(tǒng)信息進行的抽象和簡化，包括圖解式模型和概念圖。

2.3.1 建構(gòu)圖解式模型，培養(yǎng)學(xué)生的物質(zhì)與能量觀

圖解式模型是將難以直接觀察到的生命活動規(guī)律、原理等圖示化、形象化，在此基礎(chǔ)上抽象出該過程的關(guān)鍵特點，揭示對象的主要特征和本質(zhì)。如學(xué)習(xí)細胞呼吸和光合作用時，教師引導(dǎo)學(xué)生分析討論、歸納總結(jié)，畫出細胞呼吸過程的圖解（圖4）和光合作用的過程圖解（圖5），從物質(zhì)與能量的視角，探索光合作用與呼吸作用，認識到一切生命活動都有物質(zhì)基礎(chǔ)，且通常離不開能量，物質(zhì)的合成和分解往往伴隨著能量的儲存和釋放，闡明細胞生命活動過程中貫穿著物質(zhì)與能量的變化，從而培養(yǎng)學(xué)生物質(zhì)與能量觀。

2.3.2 建構(gòu)概念圖，培養(yǎng)學(xué)生的進化與適應(yīng)觀

概念圖是一種用節(jié)點代表概念，連線表示概念間關(guān)系的圖示法;通過概念圖，學(xué)習(xí)者把新知識和學(xué)過的有關(guān)概念組織在一起，使知識由點成線、成面、成網(wǎng)。如學(xué)習(xí)基因突變及其他變異、從雜交育種到基因工程和現(xiàn)代生物進化理論這三章內(nèi)容后，教師要求學(xué)生以概念圖的形式總結(jié)新物種的形成過程（圖6），幫助學(xué)生構(gòu)建概念，梳理知識的層次關(guān)系，發(fā)現(xiàn)知識之間的內(nèi)在聯(lián)系，使學(xué)生理解：由基因突變、染色體變異和基因重組引起的變異是可以遺傳的，變異、選擇和隔離可導(dǎo)致新物種的形成;地球上現(xiàn)存的豐富多樣的物種是由共同祖先長期進化形成的;基于可遺傳的變異，以及變異可能帶來的生存與繁殖優(yōu)勢等;生物的適應(yīng)是自然選擇的結(jié)果。這樣，學(xué)生可以感悟生物的多樣性和適應(yīng)性是進化的結(jié)果，從而培養(yǎng)進化與適應(yīng)觀。

在模型建構(gòu)活動中，學(xué)生進行觀察或?qū)嶒?，歸納和演繹，運用已有知識進行假設(shè)、模擬，將復(fù)雜的事物進行簡化、抽象出其本質(zhì)屬性，通過親身參與模型建構(gòu)，運用多感官及更有深入的思考、感悟與體驗等深度學(xué)習(xí)，促進在理解生物學(xué)核心概念的基礎(chǔ)上形成結(jié)構(gòu)與功能觀、進化與適應(yīng)觀、穩(wěn)態(tài)與平衡觀、物質(zhì)與能量觀等生命觀念，并用生命觀念認識生命世界、解釋生命現(xiàn)象，逐步形成正確的價值觀念、必備品格，獲得解決實際問題的關(guān)鍵能力，發(fā)展和升華生物學(xué)核心素養(yǎng)。

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