建模教學(xué)在高中生物課堂教學(xué)中的應(yīng)用策略分析

摘 要：高中生物的課堂教學(xué)中，通過建模教學(xué)，不僅可以使教師準(zhǔn)確地了解到學(xué)生對(duì)細(xì)微物體、抽象概念、發(fā)生過程的具體理解情況，而且還能準(zhǔn)確糾正學(xué)生在學(xué)習(xí)時(shí)出現(xiàn)的理解偏差，以促使學(xué)生更準(zhǔn)確地掌握相關(guān)知識(shí)，了解到生物學(xué)的規(guī)律?；诖?，文章主要對(duì)建模教學(xué)在高中生物的教學(xué)意義進(jìn)行分析，并提出相應(yīng)的應(yīng)用策略，以促使學(xué)生實(shí)現(xiàn)高效學(xué)習(xí)。

關(guān)鍵詞：高中生物;建模教學(xué);課堂教學(xué);應(yīng)用;分析

一、 引言

《普通高中生物課程標(biāo)準(zhǔn)》明確指出：學(xué)生需領(lǐng)悟到假說演繹、建立模型等方法及其在研究中的運(yùn)用，領(lǐng)悟到建立模型、系統(tǒng)分析的科學(xué)方法及其應(yīng)用?？荚嚧缶V中也對(duì)高考考查的能力進(jìn)行了準(zhǔn)確界定，又明確地說明了建立模型、假說演繹、系統(tǒng)分析等相關(guān)研究方法的地位。由此可知，建模是當(dāng)前高中生必須有效掌握的科學(xué)方法。在高中生物的課堂教學(xué)中，通過建模教學(xué)，不僅能夠?qū)W(xué)生通過現(xiàn)象揭示出本質(zhì)的洞察力、嚴(yán)密、簡約的思維品質(zhì)進(jìn)行培養(yǎng)，而且還能使學(xué)生自身的科學(xué)探究力、生物科學(xué)理解力得到有效發(fā)展，從而使學(xué)生實(shí)現(xiàn)高效學(xué)習(xí)。

二、 建模教學(xué)在高中生物教學(xué)中的意義及原則

（一）建模教學(xué)的意義

1. 激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣

學(xué)習(xí)對(duì)象的生動(dòng)性與課堂氛圍的活躍通常是調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)生物知識(shí)興趣與動(dòng)力的關(guān)鍵要素。建模教學(xué)的生物知識(shí)表達(dá)，不僅可以使教學(xué)內(nèi)容實(shí)現(xiàn)直觀、生動(dòng)的表現(xiàn)，而且還能調(diào)動(dòng)學(xué)生的感官，以促使學(xué)生學(xué)習(xí)生物知識(shí)的積極性與主動(dòng)性得到有效提高。建模的形式通常是多種多樣的，通過建模處理相關(guān)生物問題，不僅可以使知識(shí)的學(xué)習(xí)由復(fù)雜變簡單，而且還能由抽象變形象。

2. 學(xué)生自主學(xué)習(xí)力的強(qiáng)化

新課改下，生物教學(xué)要求教師轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的教學(xué)思路，將學(xué)生作為主體，將教師作為主導(dǎo)，注重學(xué)生在具體學(xué)習(xí)時(shí)的主動(dòng)性。通過建模教學(xué)，在學(xué)生學(xué)習(xí)自主性提高的同時(shí)，促使學(xué)生構(gòu)建科學(xué)思維。學(xué)生在對(duì)相關(guān)生物問題進(jìn)行解決前，教師需引導(dǎo)學(xué)生在大腦中構(gòu)建問題的映射，以實(shí)物或者圖表的形式對(duì)問題進(jìn)行呈現(xiàn)。學(xué)生通過不斷的學(xué)習(xí)后，就可以不使用建模的工具對(duì)具體問題進(jìn)行解決。生物教師則需積極地鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行自主思考、自主探究，為學(xué)生留足空間與時(shí)間，并經(jīng)過分組教學(xué)，強(qiáng)化學(xué)生的合作與交流，促進(jìn)學(xué)生從不同的角度進(jìn)行取長補(bǔ)短與共同進(jìn)步，從而為學(xué)生營造求真務(wù)實(shí)、獨(dú)立思考的學(xué)習(xí)氛圍。

（二）建模教學(xué)的原則

高中生物的建模必須遵循實(shí)用、簡單、相似的原則。對(duì)于實(shí)用原則而言，其主要指模型建構(gòu)是有操作性的，構(gòu)建的模型可以運(yùn)用到具體教學(xué)，而不能僅依賴想象進(jìn)行模型構(gòu)建。例如，事物模型的構(gòu)建，其選擇材料通常是較為常見的。對(duì)于簡單原則而言，其主要指化難為易、化繁為簡，促使細(xì)微、復(fù)雜、抽象的對(duì)象轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄬?duì)簡單的模型開展研究，在高中階段的學(xué)習(xí)中，由于學(xué)生的學(xué)習(xí)時(shí)間較緊張，若模型的構(gòu)建較為復(fù)雜，就缺乏可行性。對(duì)于相似原則而言，其主要指模型的構(gòu)建和研究對(duì)象在本質(zhì)上是相似的，不能歪曲研究對(duì)象。構(gòu)建模型并非是對(duì)研究對(duì)象實(shí)施整體復(fù)制，而需根據(jù)研究對(duì)象具備的特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)，各要素的關(guān)聯(lián)性或者過程等實(shí)施抽象，并通過模型進(jìn)行表示。模型并非需具備研究對(duì)象具備的全部特征，但本質(zhì)上是相同的。因此，在高中生物的建模中，教師需注重實(shí)用、簡單、相似等原則，確保模型的構(gòu)建具有可行性與可操作性。

三、 建模教學(xué)在高中生物課堂教學(xué)中的應(yīng)用策略

（一）基于實(shí)物模型的生物教學(xué)

實(shí)物模型作為高中生物建模的一種，其主要是通過實(shí)物形式對(duì)對(duì)象的發(fā)生過程或者結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行直觀表達(dá)。實(shí)物模型的建構(gòu)重點(diǎn)主要是讓學(xué)生把復(fù)雜的對(duì)象轉(zhuǎn)變成簡單實(shí)物進(jìn)行實(shí)際對(duì)象的認(rèn)識(shí)。首先，生物教師需培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用建模法。建模教學(xué)屬于較為常見的一種研究方法，其構(gòu)建模型主要是對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行模擬，建模的正確性通常需和研究對(duì)象實(shí)施對(duì)比進(jìn)行驗(yàn)證。例如，克里克與沃森所構(gòu)建的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，其和DNA結(jié)晶X射線的衍射圖相符，并獲得認(rèn)可。因此，在生物課堂的教學(xué)中，需培養(yǎng)學(xué)生注重模型法的運(yùn)用，這不僅有助于學(xué)生充分認(rèn)識(shí)到研究對(duì)象，而且還能對(duì)學(xué)生的生物學(xué)科素養(yǎng)進(jìn)行培養(yǎng)。其次，將實(shí)物模型作為依托，對(duì)學(xué)生具備的空間想象力進(jìn)行培養(yǎng)。生物教材所給的圖形通常是平面圖，經(jīng)過抽象研究對(duì)象的特征，建構(gòu)出立體的事物模型。經(jīng)過對(duì)模型進(jìn)行觀察，不僅可以使學(xué)生充分理解到研究對(duì)象自身的空間結(jié)構(gòu)，而且還能充分認(rèn)識(shí)到生命的復(fù)雜。最后，注重學(xué)生討論和課堂上教學(xué)進(jìn)度的關(guān)系處理。構(gòu)建、設(shè)計(jì)、演示模型，不僅可以使學(xué)生在課堂上的參與度以及學(xué)習(xí)生物知識(shí)的積極性得到有效提高，而且還能使學(xué)生的思維陷入其中?；诖耍锝處熜鑼?duì)每個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)都預(yù)設(shè)相應(yīng)的時(shí)間段，并設(shè)計(jì)好相關(guān)的問題，讓學(xué)生的思維能夠跟得上教師的思維，從而確保生物教學(xué)活動(dòng)的有效開展。例如，對(duì)《基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成》開展教學(xué)時(shí)，基因蛋白質(zhì)合成通常分成翻譯與轉(zhuǎn)錄兩個(gè)過程，翻譯屬于該節(jié)課教學(xué)的重難點(diǎn)，通常涉及基因、核糖體、tRNA、蛋白質(zhì)、mRNA、氨基酸等肉眼不可見、細(xì)小的物質(zhì);而轉(zhuǎn)錄的過程則比較簡單，可通過和DNA復(fù)制開展類比探究的教學(xué)。如果運(yùn)用講授法開展教學(xué)，學(xué)生通常無法有效理解，而通過多媒體播放，學(xué)生又會(huì)容易忘記，而通過建模的方法，通過模型進(jìn)行演示，學(xué)生則能夠親自參與其中，不僅可以使學(xué)生充分了解生物細(xì)胞的發(fā)生情況，而且還不易忘記。

（二）基于概念模型的生物教學(xué)

概念模型主要是通過流程圖對(duì)研究對(duì)象具體機(jī)理、生命活動(dòng)的規(guī)律實(shí)施闡述，或者經(jīng)過其他的手段，對(duì)某概念、事實(shí)進(jìn)行認(rèn)識(shí)。概念模型的構(gòu)建教學(xué)通常更注重學(xué)生通過相關(guān)手段對(duì)某個(gè)概念進(jìn)行認(rèn)識(shí)。首先，需注重對(duì)學(xué)生關(guān)注細(xì)節(jié)問題的好習(xí)慣以及以實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象對(duì)生物問題進(jìn)行分析的能力進(jìn)行培養(yǎng)。例如，對(duì)《酵母菌細(xì)胞呼吸的方式探究》進(jìn)行教學(xué)時(shí)，對(duì)細(xì)胞呼吸概念模型進(jìn)行建構(gòu)時(shí)，錐形瓶中除了裝有酵母菌之外，還裝了什么？部分學(xué)生認(rèn)為該瓶子里裝了酵母菌的培養(yǎng)液，卻不了解酵母菌的培養(yǎng)液具體配制，同時(shí)，生物教材當(dāng)中的無氧條件控制能夠怎樣進(jìn)行改善？這些提問通常是考試當(dāng)中較為常見的知識(shí)點(diǎn)，若學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中不仔細(xì)，就會(huì)導(dǎo)致失分。又比如，在實(shí)驗(yàn)中沒有看到重鉻酸鉀的溶液顏色變化，需注重對(duì)以下幾點(diǎn)分析：無氧條件的嚴(yán)格控制;酸性環(huán)境的創(chuàng)造等。其次，注重對(duì)學(xué)生科學(xué)思維力的培養(yǎng)。建模教學(xué)中，生物教師需注重對(duì)學(xué)生的思維能力進(jìn)行培養(yǎng)，以促使學(xué)生形成科學(xué)思維。例如，對(duì)《光合作用的探究歷程》開展教學(xué)時(shí)，部分教師認(rèn)為該部分內(nèi)容學(xué)生已經(jīng)在初中學(xué)習(xí)過，且高考考查的內(nèi)容主要是光合作用的影響因素、作用及其應(yīng)用，因此，在課堂的教學(xué)時(shí)，就會(huì)一帶而過。但是，在生物教材中，已經(jīng)出了較為經(jīng)典的幾個(gè)關(guān)于光合作用的探究歷程的實(shí)驗(yàn)，并提出出現(xiàn)什么問題，面對(duì)這些問題，科學(xué)家應(yīng)該怎樣解決，通過對(duì)該部分內(nèi)容的有效學(xué)習(xí)，這通常對(duì)學(xué)生形成科學(xué)思維，并充分了解與掌握相關(guān)生物概念有著重要影響。

（三）基于數(shù)學(xué)模型的生物教學(xué)

數(shù)學(xué)模型，主要指通過字母、數(shù)字或其他的數(shù)學(xué)符號(hào)構(gòu)建起的曲線圖、方程式等。構(gòu)建數(shù)學(xué)模型的重點(diǎn)就是對(duì)生命現(xiàn)象實(shí)施量化，通過數(shù)量關(guān)系對(duì)生命現(xiàn)象實(shí)施描述。高中生物的具體教學(xué)中，數(shù)學(xué)模型的建構(gòu)所涉及的計(jì)算，不僅是高考必考點(diǎn)，而且還是生物學(xué)難點(diǎn)。因此，在對(duì)該問題進(jìn)行解決時(shí)，生物教師需注重?cái)?shù)學(xué)模型的構(gòu)建。首先，關(guān)注建模教學(xué)的引導(dǎo)，培養(yǎng)學(xué)生形成良好的模型構(gòu)建習(xí)慣。在具體教學(xué)時(shí)，生物教師需引導(dǎo)學(xué)生充分掌握建模的方法，以促使學(xué)生通過建模法，對(duì)實(shí)際問題進(jìn)行解決。生物教材中的數(shù)學(xué)模型構(gòu)建通常包括pH值、溫度對(duì)酶活性的影響曲線圖以及種群數(shù)量產(chǎn)生的變化“J”型、“S”型的曲線圖屬于經(jīng)過生物實(shí)驗(yàn)獲得相關(guān)數(shù)據(jù)，描點(diǎn)作圖，以獲得曲線圖;不同因素對(duì)于呼吸作用而影響的曲線圖與細(xì)胞的有絲分裂中染色體、DNA的數(shù)目變化的曲線圖，對(duì)有絲分裂、呼吸作用過程的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并進(jìn)行描點(diǎn)作圖，獲得曲線圖;對(duì)于自由組合的定律9∶3∶3∶1數(shù)學(xué)模型而言，其主要是通過對(duì)子代形成的配子種類進(jìn)行分析，配子通過自由組合獲得子二代，并按照基因型推算獲得不同的表現(xiàn)型比例9∶3∶3∶1。因此，在生物課堂的具體教學(xué)中，教師可通過問題情境的創(chuàng)設(shè)，讓學(xué)生以小組實(shí)驗(yàn)的形式獲得相關(guān)數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)的聯(lián)系通過曲線圖或者數(shù)學(xué)公式進(jìn)行表示。生物教師還需從整體上對(duì)學(xué)生思維進(jìn)行把握，積極引導(dǎo)學(xué)生數(shù)學(xué)模型的構(gòu)建方法，并通過建模對(duì)練習(xí)、考試當(dāng)中的難點(diǎn)試題進(jìn)行解決。其次，教師需在問題的解決中，注重學(xué)生模型構(gòu)建的鞏固。例如，自由組合的定律9∶3∶3∶1數(shù)學(xué)模型，教師可以在教學(xué)結(jié)束后，經(jīng)過相應(yīng)練習(xí)題，對(duì)9∶3∶3∶1的不同變式進(jìn)行了解，從而實(shí)現(xiàn)課堂建模的鞏固。

四、 結(jié)語

綜上所述，高中生物的建模教學(xué)中，教師需注重思維情境的創(chuàng)設(shè)，以此使學(xué)生獲得足夠感性認(rèn)識(shí)的前提下，以分析概括出理性、抽象的模型。在模型建構(gòu)中，教師需注重學(xué)生的邏輯思維、科學(xué)探究、創(chuàng)新思維、發(fā)散思維、信息搜集與處理、新知識(shí)獲取等能力的培養(yǎng)，以促使學(xué)生的充分掌握相關(guān)生物知識(shí)的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)分析與解決相關(guān)問題的能力提高，從而使學(xué)生實(shí)現(xiàn)全面發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]盧澤梅.高中生物教學(xué)中模型建構(gòu)的應(yīng)用實(shí)例探究[J].當(dāng)代教研論叢，2020（2）：86.

[2]盧麗麗.核心素養(yǎng)下模型構(gòu)建在生物教學(xué)中的應(yīng)用探究[J].教育觀察，2019，8（29）：98+102.

[3]李晨霞.淺談高中生物概念模型的構(gòu)建策略[J].課程教育研究，2018（46）：158.

[4]鄧象斌.具象化實(shí)物模型構(gòu)建在高中生物教學(xué)中的運(yùn)用分析[J].南昌教育學(xué)院學(xué)報(bào)，2018，33（4）：45-47.

[5]李濤.淺談高中生物模型構(gòu)建教學(xué)的實(shí)踐[J].課程教育研究，2018（22）：166-167.

[6]傅祥睿.高中生物學(xué)習(xí)中知識(shí)模型的構(gòu)建分析[J].中外企業(yè)家，2018（15）：152.

[7]孫淑芬.例談構(gòu)建模型在高中生物概念教學(xué)中的應(yīng)用[J].當(dāng)代教研論叢，2016（9）：25.

[8]劉芳.淺析模型構(gòu)建在高中生物教學(xué)中的意義[J].學(xué)周刊，2015（27）：136.

作者簡介：

姚篤信，甘肅省白銀市，會(huì)寧四中。