生物學(xué)模型構(gòu)建的情景體驗(yàn)式教學(xué)

左開俊?陳海萍

［摘要］ “模型構(gòu)建”情景式教學(xué)作為一種教學(xué)模式和教學(xué)活動(dòng)，旨在通過可視化、可操作化的形式階梯性呈現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容，幫助學(xué)生不斷思考與體悟，使生物學(xué)科核心素養(yǎng)的學(xué)習(xí)活動(dòng)真正發(fā)生。以“核酸是遺傳信息的攜帶者”一節(jié)教學(xué)內(nèi)容為課例，錯(cuò)落有致地展現(xiàn)模型構(gòu)建教學(xué)的情景式設(shè)計(jì)，剖析模型構(gòu)建情景式教學(xué)的實(shí)踐模式。

［關(guān)鍵詞］ 生物學(xué)模型構(gòu)建；情景體驗(yàn)式教學(xué)；DNA的結(jié)構(gòu)

情景體驗(yàn)式教學(xué)是一種借助直觀的形設(shè)或場景，通過可視化或可操作化的感官刺激，引領(lǐng)學(xué)生從認(rèn)知、情感、身體三個(gè)維度建構(gòu)深度學(xué)習(xí)的教學(xué)方法。而模型構(gòu)建作為一種動(dòng)態(tài)化、直觀化的呈現(xiàn)樣態(tài)，不僅能使學(xué)習(xí)內(nèi)容以層級式、梯度式的方式詮釋，而且還完美地契合情景式教學(xué)“多維呈現(xiàn)”的立體式特質(zhì)。借助生物學(xué)模型構(gòu)建開展情景式教學(xué)，能讓學(xué)生依托模型構(gòu)建這種普適的直觀形式，有序地、漸進(jìn)性地獲取抽象的知識(shí)，幫助其跳出泛泛“普灑”的外在形式，進(jìn)而在真實(shí)的情景中獲得高峰體驗(yàn)認(rèn)知并完成身心體悟交流，使知識(shí)在腦與手的交互策動(dòng)中逐漸變得有寬度、有廣度、有溫度。

一、模型構(gòu)建情景體驗(yàn)式教學(xué)的意義與原則

《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱“新課標(biāo)”）在“教學(xué)建議”中強(qiáng)調(diào)：教學(xué)中要高度重視學(xué)生的實(shí)踐環(huán)節(jié)，力求為學(xué)生提供更多的動(dòng)手實(shí)踐機(jī)會(huì)。教師應(yīng)創(chuàng)造條件讓學(xué)生參與調(diào)查、觀察、實(shí)驗(yàn)和制作等活動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生從生活經(jīng)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)和提出問題，學(xué)習(xí)有關(guān)概念、原理、規(guī)律和模型，應(yīng)用有關(guān)知識(shí)分析和解決實(shí)踐中的問題。根據(jù)新課標(biāo)要求，筆者發(fā)現(xiàn)以活動(dòng)體驗(yàn)為平臺(tái)的模型構(gòu)建教學(xué)應(yīng)具備以下四個(gè)層次的要求，才能體現(xiàn)該教學(xué)模式的建構(gòu)價(jià)值與創(chuàng)新意義。第一，創(chuàng)設(shè)的情景活動(dòng)應(yīng)符合學(xué)生認(rèn)知，具有交流互通、探討交織、獲得啟迪的特質(zhì)，能激發(fā)師生互動(dòng)、生生互動(dòng)的潛質(zhì)，促進(jìn)知識(shí)共享和實(shí)現(xiàn)高峰學(xué)習(xí)體驗(yàn)。第二，創(chuàng)設(shè)的情景活動(dòng)應(yīng)以“模型構(gòu)建”為載體，要能自由發(fā)揮學(xué)生的自主性、能動(dòng)性和創(chuàng)造性。充分體現(xiàn)學(xué)生的主體地位，凸顯學(xué)生才是導(dǎo)演者、主演者的雙重角色。第三，以模型構(gòu)建為認(rèn)知載體的情景活動(dòng)，旨在依托模型構(gòu)建這個(gè)平臺(tái)，交互整合新舊訊息去幫助學(xué)習(xí)者獲取解決新問題的情境體驗(yàn)歷程。第四，創(chuàng)設(shè)的情景活動(dòng)應(yīng)具有知識(shí)獲得、能力發(fā)展、人格完善的功能，能充分體現(xiàn)個(gè)體在活動(dòng)教學(xué)中的作用，是促進(jìn)學(xué)生整體發(fā)展與實(shí)施素質(zhì)教育的途徑。

二、模型構(gòu)建情景體驗(yàn)式教學(xué)的實(shí)踐模式

（一）模型構(gòu)建的情景體驗(yàn)式教學(xué)實(shí)施環(huán)節(jié)

“模型構(gòu)建”作為一種通過構(gòu)思與建構(gòu)呈現(xiàn)科學(xué)思維進(jìn)階的教學(xué)模式，重點(diǎn)應(yīng)著眼于學(xué)生對學(xué)習(xí)內(nèi)容的深刻理解和學(xué)科核心素養(yǎng)的深度探究。以模型構(gòu)建為主題的情景體驗(yàn)式教學(xué)，其實(shí)施程序?yàn)椋簶?gòu)建學(xué)習(xí)共同體，鼓勵(lì)探究發(fā)現(xiàn)；創(chuàng)設(shè)模型構(gòu)建情景，促進(jìn)體驗(yàn)生成；修正模型構(gòu)建，匯報(bào)交流分享。此三個(gè)環(huán)節(jié)成遞進(jìn)式演化，前者是后者的基礎(chǔ)，后者又是前者的延伸。

1.構(gòu)建學(xué)習(xí)共同體，鼓勵(lì)探究發(fā)現(xiàn)

所謂學(xué)習(xí)共同體就是根據(jù)學(xué)生的興趣與喜好，自發(fā)性組建的學(xué)習(xí)小組。這種民主式的自我組建模式，能充分凝聚每個(gè)團(tuán)隊(duì)亟須解決的問題，以及應(yīng)承擔(dān)的責(zé)任與擔(dān)當(dāng)。這種自我凝結(jié)的責(zé)任與擔(dān)當(dāng)，會(huì)深層次地凝聚彼此間的信任與支持，真正形成意志堅(jiān)定、目標(biāo)專一的學(xué)習(xí)發(fā)展共同體。新課標(biāo)在“實(shí)施建議”中倡導(dǎo)：以探究為特點(diǎn)的教學(xué)不僅會(huì)直接影響核心素養(yǎng)中“科學(xué)思維”“科學(xué)探究”的落實(shí)，也會(huì)間接影響另外兩個(gè)核心素養(yǎng)的達(dá)成。所以，以學(xué)習(xí)共同體為學(xué)習(xí)單元，在探尋和解決實(shí)際問題的過程中，應(yīng)以初次情景體驗(yàn)獲取的淺層次知識(shí)為基礎(chǔ)，深入鉆研和思索其內(nèi)涵與外延，為學(xué)生的自主性探究提供可深度追尋的路徑。其間，教師可以依托“模型構(gòu)建”活動(dòng)，將全班分成4-5個(gè)學(xué)習(xí)共同體，每個(gè)學(xué)習(xí)共同體既可集中研究同一主題，也可僅探討某一主題的特定方面。在引領(lǐng)學(xué)習(xí)共同體開展活動(dòng)的措施上，可通過抽簽的方式?jīng)Q定子活動(dòng)的落實(shí)，學(xué)習(xí)共同體中的每位同學(xué)甚至可以專攻某一特定的二級子主題，進(jìn)行分析和探究，擴(kuò)展和深化“體驗(yàn)”過程。教師在構(gòu)建情景體驗(yàn)式活動(dòng)教學(xué)時(shí)，一方面要充分考慮學(xué)生的認(rèn)知層級、融合學(xué)生的生活領(lǐng)悟，爭取實(shí)現(xiàn)知識(shí)與活動(dòng)的零隔閡、情感與價(jià)值觀的零分歧；另一方面嚴(yán)格遵守科學(xué)原則和實(shí)施規(guī)范，以便做到有章可循。

2.創(chuàng)設(shè)模型構(gòu)建情景，促進(jìn)體驗(yàn)生成

情景一般指通過符號(hào)、工具、信息等與人之間建立起來的一種氛圍，該氛圍的建立要避免活動(dòng)的形式化和娛樂化。模型構(gòu)建活動(dòng)教學(xué)的情景設(shè)置，是以模型構(gòu)建的可視化或可操作化為核心內(nèi)容，驅(qū)動(dòng)教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容以情景體驗(yàn)的形式展開落實(shí)。模型構(gòu)建情景式教學(xué)的動(dòng)力是探究，核心是體悟。具體解釋就是要由淺入深、由點(diǎn)到面、由表及里地讓學(xué)生從感性體驗(yàn)中達(dá)成理性思考，從表觀刺激中完成知識(shí)建構(gòu)。在開展模型構(gòu)建情景式體驗(yàn)教學(xué)時(shí)，一方面營造出引導(dǎo)、接納、尊重、信任、平等的氛圍，才能使學(xué)生在良性的格局中主動(dòng)參與、自主發(fā)現(xiàn)、手腦并用、收獲啟迪；另一方面以小組為活動(dòng)單位，成員間互助互信，凸顯活動(dòng)的張力與感染力，烘托出積極向上的學(xué)術(shù)氛圍。

3.修正模型構(gòu)建，匯報(bào)交流分享

新課標(biāo)在“學(xué)科核心素養(yǎng)水平劃分”中強(qiáng)調(diào)：針對特定情景提出可探究的生物學(xué)問題或生物工程需求；運(yùn)用多種方法如實(shí)記錄，創(chuàng)造性地運(yùn)用數(shù)學(xué)方法分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果；能夠在團(tuán)隊(duì)中起組織和引領(lǐng)作用，運(yùn)用科學(xué)術(shù)語精確闡明實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并開展交流。在模型構(gòu)建的情景式教學(xué)過程中，學(xué)習(xí)共同體的探究過程既是一個(gè)實(shí)踐與理論并集、知識(shí)與認(rèn)知共建的遞進(jìn)過程，也是一個(gè)模糊到清晰、淺化到深入的曲式進(jìn)程。模型構(gòu)建是分析解決問題的可視化“心理結(jié)構(gòu)”，是模塊化的知識(shí)，也是解決問題的思維公式。在構(gòu)建完成一個(gè)模型之后，仍需通過應(yīng)用強(qiáng)化學(xué)生的模型化思維，由已知推未知，理解現(xiàn)象中所蘊(yùn)含的趨勢；把復(fù)雜問題簡單化，估計(jì)模型在真實(shí)情境中蘊(yùn)含的“隱形信息”，并預(yù)測未來。因此，在借助模型構(gòu)建實(shí)現(xiàn)教學(xué)任務(wù)時(shí)，教師要組織每個(gè)學(xué)習(xí)共同體將探究的結(jié)果通過分類、提煉、加工形成成果，以便分享、交流。這樣做有助于從科學(xué)本質(zhì)的視角，幫助學(xué)生了解科學(xué)知識(shí)產(chǎn)生的特點(diǎn)，輔助學(xué)生建立生物學(xué)的生命觀念，并以此來辨別現(xiàn)實(shí)生活中的科學(xué)和非科學(xué)，促進(jìn)其科學(xué)素養(yǎng)的養(yǎng)成。

（二）模型構(gòu)建的情景體驗(yàn)式教學(xué)案例呈現(xiàn)

“核酸是遺傳信息的攜帶者”的教學(xué)重點(diǎn)應(yīng)為“概述核酸由核苷酸聚合而成，是儲(chǔ)存與傳遞遺傳信息的生物大分子”?；诖耍竟?jié)教學(xué)內(nèi)容就可以連貫成三個(gè)部分，即核苷酸→核苷酸鏈→儲(chǔ)存和傳遞遺傳信息的大分子。在內(nèi)容設(shè)計(jì)上，教師應(yīng)從學(xué)生的知識(shí)基礎(chǔ)、心理特點(diǎn)和認(rèn)知規(guī)律出發(fā)，針對高中生的思維特點(diǎn)、興趣指向和接受能力尋找解決途徑。教師要敢于把課堂教學(xué)與模型構(gòu)建活動(dòng)有機(jī)結(jié)合起來，注重學(xué)生的個(gè)性與興趣，發(fā)展其特長，培養(yǎng)其能力。作為一種能直觀呈現(xiàn)事物表象與內(nèi)在本質(zhì)特征的思維方式，模型構(gòu)建能促進(jìn)學(xué)生對事理的分離，從生物學(xué)事實(shí)現(xiàn)象等表象深入內(nèi)在“義理”。

根據(jù)以上對情景教學(xué)含義的分析和模型構(gòu)建情景教學(xué)的實(shí)踐模式陳述，下面以高中新教材必修1“核酸是遺傳信息的攜帶者”一節(jié)教學(xué)內(nèi)容為例，從模型構(gòu)建的視角，展示和呈現(xiàn)情景教學(xué)的全過程。

1.構(gòu)建“核苷酸”類比模型的情景體驗(yàn)

類比模型就是借用類似形象，建立在分析現(xiàn)象與認(rèn)識(shí)機(jī)理基礎(chǔ)上的模型，通俗地講，類比模型就是基于相似屬性，用人們熟悉的事物類比和表征不熟悉的事物。

第一步，教師展示腺嘌呤核糖核苷酸和腺嘌呤脫氧核糖核苷酸的化學(xué)結(jié)構(gòu)式，引導(dǎo)學(xué)生仔細(xì)觀察兩個(gè)核苷酸的化學(xué)結(jié)構(gòu)式。啟發(fā)學(xué)生：如此煩瑣的化學(xué)分子結(jié)構(gòu)式，對于現(xiàn)階段還缺乏相應(yīng)化學(xué)知識(shí)的我們，應(yīng)如何避開這些化學(xué)知識(shí)，簡單地將核苷酸的結(jié)構(gòu)式表達(dá)出來？然后，通過各學(xué)習(xí)共同體的討論，決定將核苷酸中的磷酸用圓替代；脫氧核糖和核糖用五邊形替代；腺嘌呤用長方形替代。最后，學(xué)生進(jìn)行想象、理解和推測，分別用紙片或紙板等剪出相應(yīng)的圖形，并用膠水相粘接。

第二步，首先，教師展示腺嘌呤核糖核苷酸和腺嘌呤脫氧核糖核苷酸的化學(xué)結(jié)構(gòu)式推導(dǎo)出的核苷酸結(jié)構(gòu)簡式，引導(dǎo)學(xué)生思考核苷酸中的五碳糖有幾種。啟發(fā)學(xué)生：如何在核苷酸結(jié)構(gòu)簡式的基礎(chǔ)上，突出脫氧核糖和核糖？然后，通過各學(xué)習(xí)共同體的討論交流，得出一致意見：為了突出核苷酸中五碳糖的種類，在五邊形的2號(hào)碳上畫個(gè)“OH”，表示“2號(hào)碳上的氧沒有脫去”，即為核糖；在五邊形的2號(hào)碳上畫個(gè)“H”，表示“2號(hào)碳上的氧已經(jīng)脫去”，即為脫氧核糖。最后，學(xué)生根據(jù)自己的理解和歸納，分別用鉛筆在自己制作的紙質(zhì)五邊形的相應(yīng)位置寫上“-OH”和“-H”。

第三步，教師先展示腺嘌呤（A）、鳥嘌呤（G）、胞嘧啶（C）、胸腺嘧啶（T）/尿嘧啶（U）四種堿基，引導(dǎo)學(xué)生思考核苷酸的種類。然后啟發(fā)學(xué)生：通常情況下，DNA特有的堿基是T，RNA特有的堿基是U，幫助學(xué)生刪除因?yàn)閿?shù)學(xué)思維而多得出的2種核苷酸。最后，學(xué)生根據(jù)自己的理解及教師的提示，分別連接出8種核苷酸粘黏在白板上，并分別寫上各自的名稱。

2.構(gòu)建“核苷酸鏈”類比模型的情景體驗(yàn)

教學(xué)過程：教師根據(jù)學(xué)生在白板上展示的一排脫氧核苷酸，以及另一排核糖核苷酸，引導(dǎo)學(xué)生思考：如何將其連接成脫氧核苷酸鏈和核糖核苷酸鏈？核苷酸和核苷酸之間任意連接方式有幾種呢？這些任意的連接方式中，哪一種是與事實(shí)相符的？然后，每個(gè)學(xué)習(xí)共同體根據(jù)團(tuán)隊(duì)討論形成的共識(shí)，用紅筆分別將一個(gè)核苷酸中五碳糖的3號(hào)碳與另一個(gè)核苷酸中的磷酸相連。此時(shí)，教師可提示學(xué)生連接的鍵俗稱為磷酸二酯鍵。最后，教師總結(jié)：一般情況下，DNA是由兩條脫氧核苷酸鏈組成的，RNA是由一條核糖核苷酸鏈組成的。

3.構(gòu)建“儲(chǔ)存和傳遞遺傳信息的大分子”類比模型的情景體驗(yàn)

教學(xué)過程：首先，教師根據(jù)學(xué)生在白板上展示的一排脫氧核苷酸（為了方便排序，可以用4個(gè)），引導(dǎo)學(xué)生思考連接成的脫氧核苷酸鏈有幾種？啟發(fā)學(xué)生：能否利用數(shù)學(xué)概率思維，最終形成一種概率模型？每個(gè)學(xué)習(xí)共同體根據(jù)教師提示，進(jìn)行討論、親手排序，最終形成共識(shí)，得出概率模型（如下圖）。最后，教師總結(jié)：核苷酸構(gòu)成的大分子中，核苷酸（即堿基）的排列順序代表著核酸中蘊(yùn)藏著的遺傳信息。

三、教學(xué)反思

基于生物學(xué)模型構(gòu)建情景體驗(yàn)式教學(xué)，旨在通過模型構(gòu)建對物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能進(jìn)行剖析，既有利于具體教學(xué)目標(biāo)的確定和把握，又有利于根據(jù)不同物質(zhì)的特點(diǎn)構(gòu)建不同的模型，切實(shí)提高模型教學(xué)的實(shí)效。教師在設(shè)計(jì)教學(xué)活動(dòng)時(shí)，應(yīng)充分挖掘和利用教材中可運(yùn)用模型方法教學(xué)的內(nèi)容，考慮學(xué)生的實(shí)際能力和水平，促使更多學(xué)生參與。運(yùn)用模型構(gòu)建培養(yǎng)學(xué)生的形象思維和邏輯思維，鼓勵(lì)學(xué)生結(jié)合已有認(rèn)知，大膽提出假說，并用實(shí)驗(yàn)對假說加以驗(yàn)證，使模型構(gòu)建真正成為學(xué)生分析和解決問題時(shí)心智操作的工具。

[本文系江蘇省教育科學(xué)“十二五”規(guī)劃課題“基于科學(xué)方法的中學(xué)生物模型教學(xué)策略的研究”（項(xiàng)目編號(hào)：D/2015/02/173）和“十三五”規(guī)劃課題“聚焦農(nóng)村中學(xué)‘導(dǎo)學(xué)教學(xué)’的生物探究式教學(xué)研究”（項(xiàng)目編號(hào)：JS/2019/ZX1315-08484）研究成果]

［參考文獻(xiàn)］

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［2］左開俊.基于模型構(gòu)建的支架式教學(xué)研究——以“生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)”為例[J].生物學(xué)通報(bào)，2021，56（08）.

［3］丁奕然.堅(jiān)壁清野與生命關(guān)懷：實(shí)踐育人表述的建議——記與《中小學(xué)班主任》同成長的故事[J].中小學(xué)班主任，2022（03）.

左開俊? ?江蘇省震澤中學(xué)，教授級中學(xué)高級教師。

陳海萍? ?江蘇省江陰長涇中學(xué)。