基于核心素養(yǎng)的高中生物模型構(gòu)建

蔣桂軍

[摘要]

核心素養(yǎng)培養(yǎng)是高中教育教學(xué)改革的重點。生物學(xué)核心素養(yǎng)的培養(yǎng)在高中生物模型構(gòu)建中多有體現(xiàn)。立足概念模型、物理模型和數(shù)學(xué)模型，建立體系、發(fā)現(xiàn)規(guī)律、揭示本質(zhì)，可有效培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)。

[關(guān)鍵詞]模型構(gòu)建；核心素養(yǎng)；高中生物

[中圖分類號]G633.91[文獻(xiàn)標(biāo)識碼]A[文章編號]16746058（2018）08008202

高中教育教學(xué)改革的重點是培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)，核心素養(yǎng)主要是培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力、實踐精神、高度的社會責(zé)任感和社會適應(yīng)能力等。生物學(xué)核心素養(yǎng)主要是指生命觀念、理性思維、科學(xué)探究和社會責(zé)任。

生物學(xué)

核心素養(yǎng)的滲透在模型構(gòu)建中多有體現(xiàn)。作為高中生物教師，應(yīng)基于核心素養(yǎng)培養(yǎng)理念，做好高中生物模型構(gòu)建的引導(dǎo)工作。

一、構(gòu)建概念模型，建立體系

概念模型的特點就是簡潔明了，直觀地揭示事物的本質(zhì)。

利用概念模型能通過以文字、圖示、符號、箭頭等組成的模式圖或流程圖，對事物的生命活動過程和規(guī)律、機(jī)理等進(jìn)行闡述，有助于學(xué)生建立知識體系。

例如，在必修1“ATP的主要來源——細(xì)胞呼吸”的教學(xué)中，教師可在學(xué)生預(yù)習(xí)的基礎(chǔ)上，首先引出細(xì)胞呼吸的定義，并展示能量轉(zhuǎn)換過程（光能—ATP和NADPH中活躍的化學(xué)能—有機(jī)物中的化學(xué)能—用于生命活動的能量和熱能）的示意圖，引導(dǎo)學(xué)生思考：這些能量的轉(zhuǎn)化分別由哪些細(xì)胞功能實現(xiàn)？（主要是光合作用和呼吸作用；呼吸作用分為需氧呼吸和厭氧呼吸）然后讓學(xué)生閱讀書上的圖示和文字。書上的圖示也是概念模型的一種，可幫助學(xué)生了解不同反應(yīng)步驟發(fā)生在細(xì)胞的哪個部位，而我們不僅要讓學(xué)生掌握反應(yīng)發(fā)生的部位，還要讓他們了解反應(yīng)過程中物質(zhì)的變化。在需氧呼吸中，第一步，葡萄糖初步分解：C6H12O6酶2CH3COCOOH（丙酮酸）+4[H]+少量能量；場所：細(xì)胞溶膠中。第二步，丙酮酸分解：2CH3COCOOH+6H2O酶6CO2+20[H]+少量能量；場所：線粒體基質(zhì)。第三步，[H]與氧結(jié)合形成水：24[H]+

6O2酶12H2O+大量能量；場所：線粒體內(nèi)膜。然后由三個反應(yīng)式得到總反應(yīng)式：C6H12O6+6H2O+6O2→6CO2+12H2O+能量。而在厭氧呼吸中，第一步與需氧反應(yīng)相同，第二步根據(jù)生物種類不同分為兩種，即酒精發(fā)酵：C6H12O6酶2C2H5OH+2CO2+少量能量；乳酸發(fā)酵：C6H12O6酶2C3H6O3+少量能量。厭氧呼吸的實例很多，如大多數(shù)植物都是酒精發(fā)酵，動物、乳酸菌、馬鈴薯塊莖、甜菜塊根等是乳酸發(fā)酵。這樣用化學(xué)公式的模式圖展示生物學(xué)反應(yīng)中的物質(zhì)轉(zhuǎn)換，并在公式上下或者箭頭上適當(dāng)加上關(guān)鍵字，把細(xì)胞呼吸的知識點都融合在這些方程式中，方便記憶。

之后在學(xué)習(xí)光合作用時，教師可讓學(xué)生參照細(xì)胞呼吸的學(xué)習(xí)方法自己構(gòu)建概念模型，以流程圖形式將知識點具體化和集中化，讓學(xué)生在動手動腦中更加細(xì)致地掌握概念知識，體會概念模型的優(yōu)點。

二、構(gòu)建物理模型，發(fā)現(xiàn)規(guī)律

物理模型就是用等比的實物或者圖形呈現(xiàn)物體的三維立體結(jié)構(gòu)。教師要充分利用物理模型，幫助學(xué)生更好地認(rèn)識物體的結(jié)構(gòu)特點，教師還可帶領(lǐng)學(xué)生制作模型，這樣學(xué)生印象會更深刻。物理模型一般與實物很像，只是根據(jù)需要對比例做一定的調(diào)控。

例如，在高中生物必修1《分子與細(xì)胞》的“細(xì)胞的增殖”一課中，主要介紹了細(xì)胞增殖的方式——有絲分裂，及其在各個階段細(xì)胞體內(nèi)染色體的形態(tài)數(shù)量的變化規(guī)律。為了便于學(xué)生理解，可以采用兩種教學(xué)方法。第一種，實物演示。在講染色體的變化時，教師事先準(zhǔn)備好小紙條和圖釘，首先在黑板上畫一個圓，拿出兩個小紙條放在圓內(nèi)，分別標(biāo)上A1、B1，代表細(xì)胞分裂的G1期、G2期；在A1、B1旁邊各加上同樣大小的紙條，標(biāo)上A2、B2，表示由A1、B1復(fù)制得來。前期時，將A、B兩組紙條對折縮短成“X”形，先用圖釘固定，并用粉筆從圓兩端畫線，即將其連接到圖釘，表示染色質(zhì)變?nèi)旧w，兩端發(fā)出紡錘絲。中期，細(xì)胞兩端各有一個圖釘，發(fā)出線連接在釘紙條的圖釘上，中間兩個圖釘平行排列，表示紡錘體形成，紡錘絲牽拉著絲點使所有染色體平行排列在“赤道板”。后期，A、B兩組紙條中各分出一條，由圖釘固定在近圓兩端，線依然存在，圓一分為二但不完整，表示染色體分裂成染色單體，每一條向一邊移動，細(xì)胞變形即將分割。末期，形成兩個與初始細(xì)胞相同的細(xì)胞。表示細(xì)胞一分為二，分裂完成。這是運用實物模型的教學(xué)方法。第二種，播放細(xì)胞分裂時染色體行為變化的動畫，這是圖畫形式的物理模型。關(guān)于細(xì)胞分裂的考查題目，大都跟不同時期染色體數(shù)據(jù)變化有關(guān)，這要求學(xué)生對于各個時期的染色體的數(shù)量變化熟記于心。只有運用物理模型，進(jìn)行小基數(shù)的演示，把細(xì)胞分裂過程直觀地、清晰地刻畫在腦海中，在做題時，學(xué)生才能熟練地進(jìn)行大基數(shù)的轉(zhuǎn)換。

有了這一次的實物演示經(jīng)驗之后，學(xué)生在學(xué)習(xí)減數(shù)分裂時也可以采用同樣的方法構(gòu)建物理模型，排除其他干擾因素，只對本質(zhì)的變化做到熟練掌握，在今后的學(xué)習(xí)中，再圍繞核心知識補充發(fā)揮，組成合理的知識網(wǎng)絡(luò)。學(xué)生在這過程中學(xué)會科學(xué)的探究方法，抓住了本質(zhì)，掌握了規(guī)律，提升了核心素養(yǎng)。

三、構(gòu)建數(shù)學(xué)模型，揭示本質(zhì)

數(shù)學(xué)模型是指用公式、函數(shù)、柱形圖、曲線圖等形式展現(xiàn)實驗數(shù)據(jù)或變化規(guī)律的一種模型。在高中生物教學(xué)中，應(yīng)用數(shù)學(xué)模型可幫助學(xué)生尋找規(guī)律，揭示本質(zhì)。

在高中生物中有多處涉及數(shù)學(xué)模型的構(gòu)建，如在學(xué)習(xí)種群時，種群數(shù)量增長特征的兩個曲線圖——“S”型曲線圖和“J”型曲線圖。其中“J”型曲線圖充分展現(xiàn)了在理想環(huán)境中，動物數(shù)量無限制瘋狂增長的特征；“S”型曲線圖表示在現(xiàn)實環(huán)境中種群數(shù)量的變化特征，還反映了種群數(shù)量開始時因資源充足，呈“S”形增長，達(dá)到最大增長速率時，由于競爭關(guān)系和資源限制，增長速度變慢，最后速度幾乎不變，此時種群數(shù)量也達(dá)到最大。“S”型曲線更具有實際意義，且圖中的典型點代表不同的含義，清晰顯示了種群數(shù)量變化的規(guī)律，更便于理解記憶

。

又如，在酶的學(xué)習(xí)中，對于酶活性影響因素的探究實驗是重點。酶活性是通過酶促反應(yīng)底物的變化體現(xiàn)出來的。在底物濃度因素的探究中，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)繪制的曲線圖，可以看出在一定酶濃度下，當(dāng)?shù)孜餄舛鹊蜁r，反應(yīng)速度是正比增長的，在底物濃度達(dá)到一定值后增加底物濃度，反應(yīng)速度不再增加，說明酶催化具有一定的飽和度。而酶活性受pH影響的曲線表明，酶的種類不同，pH對酶促反應(yīng)的作用是不同的，酶在最適pH下才有最高的活性。酶活性受溫度影響的曲線顯示，隨著溫度升高酶促反應(yīng)速度先快后慢，說明在一定范圍內(nèi)，溫度促進(jìn)酶促反應(yīng)，超過某個溫度，酶變性，活性降低，酶促反應(yīng)變慢。通過曲線圖，可清晰地呈現(xiàn)酶活性受底物濃度、溫度、pH的影響，引發(fā)學(xué)生對速率變化原因的思考。這樣將主要知識點集中在幾張圖中，便于理解記憶。數(shù)學(xué)模型不僅以曲線圖的形式出現(xiàn)，還以表格運算形式出現(xiàn)在生物學(xué)中。如在

學(xué)習(xí)

自由組合定律時，把基因型用字母替代，通過表格運算，組合得到不同的基因型。

數(shù)學(xué)模型真實地、系統(tǒng)地、全面地反映客觀現(xiàn)象和客觀規(guī)律，在建模時要把本質(zhì)東西及其關(guān)系反映進(jìn)去，去掉不重要的部分。數(shù)學(xué)模型簡單可操作，方便數(shù)據(jù)采集。通過數(shù)學(xué)模型的構(gòu)建，在掌握了生命概念和基礎(chǔ)生命活動的前提下，可培養(yǎng)學(xué)生的理性思維，提高學(xué)生分析數(shù)據(jù)的能力。

綜上可知，通過核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，讓新一代成長為知識豐富、適應(yīng)社會、符合國際化要求的人才。對核心素養(yǎng)的重視體現(xiàn)在生物課本中的很多地方，教師要注意挖掘與強(qiáng)化運用，以培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)。

（責(zé)任編輯黃春香）