構(gòu)建生物模型 培養(yǎng)科學(xué)思維

摘 要：在新課標(biāo)背景下，依托生物模型這一有效的教學(xué)工具，對(duì)生物知識(shí)和概念進(jìn)行探究，解釋生命現(xiàn)象和生命規(guī)律等，最終促使學(xué)生在學(xué)習(xí)的過(guò)程中，提升自身的生物綜合素養(yǎng).本論文就以此出發(fā)，圍繞生物核心素養(yǎng)下的要求，結(jié)合課堂教學(xué)實(shí)踐，對(duì)生物模型在課堂教學(xué)中的構(gòu)建和應(yīng)用進(jìn)行了詳細(xì)地研究.

關(guān)鍵詞：核心素養(yǎng);生物模型;構(gòu)建;高中生物

中圖分類號(hào)：G632?? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A?? 文章編號(hào)：1008-0333（2022）24-0131-03

收稿日期：2022-05-25

作者簡(jiǎn)介：金傳艷（1986.4-），女，江蘇省沭陽(yáng)人，本科，中學(xué)一級(jí)教師，從事高中生物教學(xué)研究.

1 高中生物模型與課堂教學(xué)研究

1.1 生物模型概述

簡(jiǎn)言之，模型就是對(duì)某一研究而進(jìn)行的具象化、簡(jiǎn)化描述.具體來(lái)說(shuō)，模型主要包括：元素、關(guān)系、操作、規(guī)則，屬于一個(gè)概念系統(tǒng).可以說(shuō)，模型是一個(gè)工具，或者是一個(gè)媒介，可幫助人們對(duì)某一現(xiàn)象進(jìn)行描述、解釋或者預(yù)測(cè).生物模型就是將生物學(xué)研究原型中的一些非本質(zhì)、次要的聯(lián)系舍取，最終將生物原型，或者能突出反映原型的主要特征、聯(lián)系的一種理想物質(zhì)、過(guò)程或者假象結(jié)構(gòu).

針對(duì)生物學(xué)科來(lái)說(shuō)，最為常見(jiàn)的生物模型主要包括：物理模型、數(shù)學(xué)模型、概念模型、圖示和圖模型等.其中，物理模型屬于實(shí)物模型，是一種裝置，可按照比例的大小，制作模型.包括：心臟模型、人腦模型等;數(shù)學(xué)模型主要是那種能夠表示數(shù)學(xué)關(guān)系、數(shù)學(xué)性質(zhì)的方程式，應(yīng)用的數(shù)學(xué)圖表等.如：種群增長(zhǎng)“J”型曲線模型;概念模型主要是對(duì)概念進(jìn)行歸納和整理，最終借助知識(shí)結(jié)構(gòu)體系圖將其呈現(xiàn)出來(lái)，包括：概念圖、思維導(dǎo)圖等;圖示和圖表模型主要是指對(duì)概念進(jìn)行描述的圖形、圖表模型，如：有絲分裂過(guò)程圖畫(huà)，運(yùn)用表格的形式將主動(dòng)和被動(dòng)運(yùn)輸?shù)奶攸c(diǎn)表示出來(lái).

1.2 生物模型在高中生物課堂教學(xué)中的應(yīng)用價(jià)值

首先，有助于喚醒學(xué)生的生物學(xué)習(xí)興趣.長(zhǎng)期以來(lái)，由于高中生物課堂呈現(xiàn)出極強(qiáng)的“應(yīng)試性”，在這種教學(xué)模式下，學(xué)生的生物學(xué)習(xí)興趣低下、對(duì)生物學(xué)習(xí)關(guān)注明顯不夠等.而通過(guò)生物模型的應(yīng)用，學(xué)生在構(gòu)建模型的過(guò)程中，經(jīng)歷了一個(gè)完善和修復(fù)的過(guò)程，最終在構(gòu)建生物模型的過(guò)程中，強(qiáng)化了生物概念的認(rèn)知，并逐漸形成了系統(tǒng)化的知識(shí)體系;另外，通過(guò)生物模型在課堂中的應(yīng)用，也徹底打破了傳統(tǒng)課堂的限制，喚醒了學(xué)生的生物學(xué)習(xí)興趣，以及自信心，為高中生物的高效學(xué)習(xí)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ).

其次，有助于培養(yǎng)高中生的科學(xué)思維能力.在高中生物核心素養(yǎng)下，高中生物教師在開(kāi)展課堂教學(xué)時(shí)，還應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生在學(xué)習(xí)中形成一定的科學(xué)思維能力，旨在實(shí)現(xiàn)學(xué)生的全面發(fā)展.通過(guò)生物模型在課堂教學(xué)中的應(yīng)用，不僅給學(xué)生帶來(lái)了更加新穎的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，也促使學(xué)生在構(gòu)建生物模型的過(guò)程中，對(duì)所學(xué)的生物知識(shí)進(jìn)行了加工和整合，最終經(jīng)過(guò)科學(xué)探究這一過(guò)程，促進(jìn)了思維能力的發(fā)展.

最后，有助于強(qiáng)化學(xué)生的自主學(xué)習(xí).伴隨著素質(zhì)教育的發(fā)展，高中生物教師在日常教學(xué)中，還應(yīng)培養(yǎng)和發(fā)展學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，旨在實(shí)現(xiàn)學(xué)生的全面發(fā)展.鑒于此，通過(guò)生物模型在教學(xué)中的具體應(yīng)用，不僅提升了生物課堂的學(xué)習(xí)效果，也促使學(xué)生在學(xué)習(xí)的過(guò)程中，逐漸掌握了科學(xué)的學(xué)習(xí)方法，循序漸進(jìn)提升了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力.

2 高中生物課堂教學(xué)中，生物模型構(gòu)建和應(yīng)用策略分析

2.1 構(gòu)建結(jié)構(gòu)模型，強(qiáng)化觀察和分析素養(yǎng)

為了降低學(xué)生的學(xué)習(xí)難度，加深生物知識(shí)的理解，就可充分發(fā)揮結(jié)構(gòu)模型的價(jià)值，將原本枯燥且抽象的生物知識(shí)簡(jiǎn)單化、形象化，以便于學(xué)生在直觀地感知中，完成生物知識(shí)的高效學(xué)習(xí).例如，在“生物細(xì)胞知識(shí)”的教學(xué)中，由于這一部分知識(shí)點(diǎn)非常抽象，學(xué)生在學(xué)習(xí)中常常難以理解.面對(duì)這一現(xiàn)狀，在優(yōu)化課堂教學(xué)的時(shí)候，就可充分借助生物模型這一工具：先給學(xué)生提供了一段生物知識(shí)內(nèi)容：“一個(gè)成人大約有100億萬(wàn)個(gè)細(xì)胞，而這些細(xì)胞都源于一個(gè)細(xì)胞”.接著，基于這一段生物知識(shí)，向?qū)W生提出問(wèn)題“人類為什么會(huì)擁有這么多的細(xì)胞？為什么細(xì)胞這么?。俊比绱艘粊?lái)，最大限度喚醒了學(xué)生的學(xué)習(xí)欲望，集中了學(xué)生的注意力.接著，還是引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行模型構(gòu)建，將細(xì)胞設(shè)計(jì)為一個(gè)立方體，使其邊長(zhǎng)分別為2、3、4、5cm，并指導(dǎo)學(xué)生利用所學(xué)的知識(shí)，計(jì)算其表面積.之后，結(jié)合計(jì)算的結(jié)果，使得學(xué)生在頭腦中，對(duì)細(xì)胞的大小形成了基本的概念.如此，通過(guò)結(jié)構(gòu)模型在生物課堂中的應(yīng)用，使得原本抽象的生物知識(shí)，變得更加生動(dòng)、直觀、形象，顯著降低了學(xué)生的理解難度，也促使學(xué)生在直觀地感知中，高效達(dá)成了知識(shí)、思維等目標(biāo)，落實(shí)了學(xué)科素養(yǎng)下的教學(xué)目標(biāo).

2.2 構(gòu)建生物概念模型，厘清知識(shí)點(diǎn)內(nèi)在聯(lián)系

針對(duì)高中生物這一學(xué)科來(lái)說(shuō)，其中包含的知識(shí)點(diǎn)，繁多且復(fù)雜，尤其是概念性的知識(shí)非常多.學(xué)生基本上都是通過(guò)死記硬背的方式進(jìn)行記憶，難以在學(xué)習(xí)中實(shí)現(xiàn)知識(shí)的融匯貫通.另外，在這種機(jī)械記憶的學(xué)習(xí)模式下，學(xué)生的學(xué)習(xí)效果基本上都是短暫的，難以形成永久的記憶，甚至出現(xiàn)混淆等現(xiàn)象.面對(duì)這一現(xiàn)狀，為了高效達(dá)成教學(xué)目標(biāo)，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力，就可借助生物概念模型這一工具，將其融入到生物課堂教學(xué)中，并圍繞生物概念，將其內(nèi)涵、外延等進(jìn)行明晰地闡述，最終幫助學(xué)生構(gòu)建一個(gè)系統(tǒng)化的知識(shí)網(wǎng)絡(luò).例如，在“有氧呼吸過(guò)程”的學(xué)習(xí)中，為了幫助學(xué)生形成系統(tǒng)化的知識(shí)體系，教師就借助了生物概念模型，引導(dǎo)學(xué)生圍繞有氧呼吸的三個(gè)階段的反應(yīng)時(shí)進(jìn)行總結(jié)，并依據(jù)歸納的知識(shí)，將有氧呼吸過(guò)程中涉及到的反應(yīng)物、產(chǎn)物等寫(xiě)出來(lái)，并構(gòu)建成知識(shí)網(wǎng)絡(luò);之后，再合理安排建模中各個(gè)組成的要素，并將與其相關(guān)的文字信息填寫(xiě)上去，包括：酶、能量、反應(yīng)階段和反應(yīng)場(chǎng)所等，最終繪制出一個(gè)為完善的概念知識(shí)網(wǎng)絡(luò)圖.如此，通過(guò)生物概念模型的應(yīng)用，幫助學(xué)生形成了一個(gè)系統(tǒng)化的知識(shí)體系，強(qiáng)化了概念的深層次認(rèn)知和理解，最終形成了生物大概念.

2.3 構(gòu)建實(shí)物模型，強(qiáng)化學(xué)生空間想象素養(yǎng)

實(shí)物模型在高中生物建模中尤為常見(jiàn)，主要是借助實(shí)物的形式，歷經(jīng)生物知識(shí)發(fā)生過(guò)程、結(jié)構(gòu)特征的直觀表達(dá).尤其是針對(duì)生物知識(shí)點(diǎn)來(lái)說(shuō)，借助簡(jiǎn)單、直觀的生物模型，可將復(fù)雜、抽象的生物知識(shí)進(jìn)行轉(zhuǎn)化，使其變得更加直觀化、形象化，最大限度降低學(xué)生的學(xué)習(xí)難度.同時(shí)，借助生物實(shí)物模型這一工具，可將生物教材中平面的圖片進(jìn)行轉(zhuǎn)化，使其成為立體化、形象化，有助于學(xué)生在學(xué)習(xí)中逐漸形成極強(qiáng)的空間想象素養(yǎng)，滿足生物核心素養(yǎng)下的教學(xué)目標(biāo).例如，在“生物膜流動(dòng)鑲嵌模型”的教學(xué)中，唯有強(qiáng)化學(xué)生學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，就借助了實(shí)物模型這一工具，以紅色的粘土表帶磷脂分子的頭部，以火柴棒代表磷脂分子的尾部，借助白色的粘土表示蛋白質(zhì)，綠色的粘土代表糖類.在直觀地實(shí)物模型中，學(xué)生可直觀構(gòu)建其細(xì)胞膜的流動(dòng)鑲嵌模型.如此，借助實(shí)物模型，可以將原本復(fù)雜、抽象的生物知識(shí)直觀、形象地展示出來(lái)，促使學(xué)生在學(xué)習(xí)的過(guò)程中，形成了較強(qiáng)的觀察素養(yǎng)、空間想象素養(yǎng)等，為培養(yǎng)和發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ).

2.4 構(gòu)建過(guò)程模型，實(shí)現(xiàn)高效學(xué)習(xí)

結(jié)合高中生物學(xué)科的特點(diǎn)來(lái)說(shuō)，主要是探究生物活動(dòng)的規(guī)律，或者是生物能量流動(dòng)的機(jī)理等.這些內(nèi)容常常處于動(dòng)態(tài)的變化之中，會(huì)隨著能量或者生活的數(shù)量出現(xiàn)動(dòng)態(tài)性的改變，學(xué)生在學(xué)習(xí)中常常面臨著抽象難懂、無(wú)法理解等現(xiàn)象.面對(duì)這一現(xiàn)狀，在優(yōu)化課堂教學(xué)的時(shí)候，就可借助過(guò)程型模型，引導(dǎo)學(xué)生利用過(guò)程模型，將生物活動(dòng)規(guī)律、生物能量流動(dòng)機(jī)理這些知識(shí)點(diǎn)動(dòng)態(tài)化地展示出來(lái)，以便于學(xué)生在動(dòng)態(tài)化感知中，深刻理解相關(guān)知識(shí).例如，在“能量流動(dòng)”的相關(guān)知識(shí)教學(xué)中，由于“食物鏈中流量流動(dòng)”存在一定的動(dòng)態(tài)變化性，為了強(qiáng)化學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，就緊緊圍繞這一知識(shí)點(diǎn)，借助問(wèn)題引導(dǎo)的方式，引導(dǎo)學(xué)生以“草（生產(chǎn)者）、兔子（第二營(yíng)養(yǎng)級(jí)）、狐貍（第三營(yíng)養(yǎng)級(jí)）、老虎（最高營(yíng)養(yǎng)級(jí)）”這一食物鏈為中心，使得學(xué)生結(jié)合所學(xué)的知識(shí)，明確：食物中的能量除了向下一級(jí)進(jìn)行流動(dòng)之外，還會(huì)通過(guò)呼吸、排泄的方式散失掉.因此，借助這一過(guò)程模型，學(xué)生就可對(duì)“能量流動(dòng)”這一動(dòng)態(tài)化的知識(shí)點(diǎn)形成深刻地感知，明確在生物系統(tǒng)中能量的流動(dòng)方向、能量的效率和方式等.如此，不僅提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，也強(qiáng)化了學(xué)生的生物核心素養(yǎng).

2.5 構(gòu)建數(shù)學(xué)模型，促進(jìn)本質(zhì)規(guī)律探究面對(duì)生物核心素養(yǎng)下的要求，教師唯有摒除“知識(shí)型”的教學(xué)模式，帶領(lǐng)學(xué)生在生物知識(shí)學(xué)習(xí)和探究的過(guò)程中，發(fā)掘生物知識(shí)的本質(zhì)，以及其中蘊(yùn)含的規(guī)律等，進(jìn)而促使學(xué)生在知識(shí)探究的過(guò)程中，形成一定的科學(xué)思維和素養(yǎng).而要達(dá)到這一目標(biāo)，高中生物教師唯有摒棄傳統(tǒng)的課堂教學(xué)手段，引導(dǎo)學(xué)生在生物學(xué)習(xí)的過(guò)程中，靈活運(yùn)用曲線、公式、表格等數(shù)學(xué)模型將其呈現(xiàn)出來(lái)，進(jìn)而借助數(shù)學(xué)模型這一工具，總結(jié)和歸納生物知識(shí)的特點(diǎn)，理解其中蘊(yùn)含的規(guī)律等.例如，在“酵母菌種群數(shù)量變化規(guī)律”的教學(xué)中，為了帶領(lǐng)學(xué)生更好地探究知識(shí)本質(zhì)規(guī)律，強(qiáng)化自身的科學(xué)思維，在教學(xué)中就借助了數(shù)學(xué)模型這一工具：首先，結(jié)合本章節(jié)的內(nèi)容，利用酵母菌發(fā)酵制作這一現(xiàn)象給學(xué)生創(chuàng)設(shè)情境，引導(dǎo)學(xué)生在視頻觀察中，思考“培養(yǎng)液中的酵母菌種群數(shù)量是如何變化的？”之后，教師引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合所學(xué)的知識(shí)，對(duì)其作出合理的假設(shè)、并列出出來(lái);之后，引導(dǎo)學(xué)生展開(kāi)實(shí)驗(yàn)，結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，構(gòu)建一個(gè)坐標(biāo)圖，用x軸代表時(shí)間，用y軸代表種群數(shù)量，并結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，將具體的變化曲線圖表示出來(lái).如此，通過(guò)這一數(shù)學(xué)模型，可促使學(xué)生在直觀的曲線變化中，探究酵母菌中群數(shù)量的變化規(guī)律，最終完成生物知識(shí)的高效率學(xué)習(xí).另外，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)觀察、數(shù)據(jù)處理的過(guò)程中，也逐漸提升了自身的歸納綜合、演繹推理等能力，滿足了生物核心素養(yǎng)下的學(xué)習(xí)要求.

綜上所述，生物新課程改革、生物核心素養(yǎng)的提出，呼喚生物教學(xué)改革，教師唯有摒除傳統(tǒng)的教學(xué)模式，構(gòu)建一套與其相契合的新型教學(xué)手段，才能在激發(fā)學(xué)生生物學(xué)習(xí)興趣的同事，促進(jìn)生物核心素養(yǎng)的有效落實(shí).鑒于此，唯有立足于生物模型的特點(diǎn)，結(jié)合不同的生物教學(xué)內(nèi)容，構(gòu)建不同的生物模型，最終在生物模型的引導(dǎo)下，高效達(dá)成生物知識(shí)、能力、思維等多重目標(biāo).

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[責(zé)任編輯：季春陽(yáng)]