基于核心素養的高中生物模型教學初探

劉艷 吳小芳

摘 要：新的《普通高中生物學課程標準》的頒布和生物學科學生核心素養的提出，推動了課程和教學改革、教學思想方式、模式和內容的改變。“模型與建模”是課標中規定的高中生必須掌握的科學方法之一，在高中生物教學中有著很重要的地位。以“細胞大小與物質運輸關系”一課為例，研究了基于學科核心素養下的課堂模型教學，探討如何落實學科核心素養。

關鍵詞：高中生物；核心素養；模型教學

新的《普通高中生物學課程標準》已頒布，課標的核心內容之一是建構了基于學科性質、學科特點和學科獨特育人價值的學生核心素養框架。生物學核心素養是學生后天習得的終身受益成果，是公民基本素養的重要組成之一，是學生在解決真實情境中的生物學問題時所表現出來的必備品格和關鍵能力。生物學核心素養主要包括生命觀念、理性思維、科學探究和社會責任等。生物學核心素養的提出推動了課程和教學改革，教學思想方式的改變，教育模式、內容的轉型和重塑。由此，如何實施基于學科核心素養的課堂教學引發了社會各界的普遍關注。“模型與建模”是課標中規定的高中生必須掌握的科學方法之一，在高中生物教學中舉足輕重。在正確地建構模型的過程中，學生能較好地理解核心概念，學會尊重事實和證據，形成嚴謹、務實的求知態度，運用科學的思維方法認識事物、解決實際問題，形成生命觀念，逐步發展理性思維，提高探究能力和社會責任意識，從而提高生物學核心素養。

一、基于核心素養的“細胞大小與物質運輸的關系”教學設計

（一）教學思想

“細胞大小與物質運輸的關系”是通過運用物理模型模擬細胞的物質運輸來探究細胞大小與物質運輸效率的關系，從而理解細胞不能無限長大的原因以及細胞通過分裂增殖的必然性。因為細胞肉眼不可見，所以，物質的運輸相對來說較難觀察，并且細胞的物質跨膜運輸有三種方式：自由擴散、協助擴散和主動運輸，后兩者相對比較復雜。教材選取最簡單、最直觀的方式，運用NaOH擴散進入含酚酞的瓊脂塊這一物理模型來模擬物質自由擴散進入細胞，可幫助學生更加直觀地認識細胞的物質運輸，培養了學生的模型建構能力，對學生后續學習細胞增殖內容中“染色體的行為變化”、建構物理模型有很重要的鋪墊和啟發作用。與此同時，學生在進行實驗結果的處理和分析時，需要用到相關數學方法，這不僅體現了學科之間的融合，還讓學生初步建立了數學模型，對后續學習細胞增殖過程中“染色體”“DNA”數目變化的數學模型建構起了很好的鋪墊作用，更為重要的是啟發學生在生物學習中學會利用數學思維和方法，表現、解釋、提煉出生命規律和生命現象的本質。因此，本課時的內容學習對后續生物學知識學習很有幫助，特別是在實驗教學過程中對學生理性思維的培養、生物科學素養的養成具有重要作用。

（二）教學目標

知識目標：

1.理解細胞表面積與體積的關系以及細胞大小與物質進出的關系；

2.概述細胞不能無限長大的原因。

能力目標：

1.用瓊脂塊模擬細胞，NaOH模擬運輸物質，學生建構物理模型；

2.用表格記錄實驗數據并轉化成圖形，分析結果，得出結論，學生初步構建數學模型并理解概念；

3.通過小組合作，學生提高協作能力、動手能力、表達能力。

情感態度與價值觀目標：

1.學生體驗探究過程，提高批判性思維，養成實事求是的科學態度、嚴謹認真的治學精神。

2.學生培養合作精神。

（三）教學重點

對實驗結果的處理和分析。

（四）教學難點

物質運輸效率和運輸速率的區別；如何分析數據得到結論。

（五）教學準備

以小組為單位準備如下材料：邊長分別為1cm、2cm、3cm的含酚酞的瓊脂塊各1塊，0.1%的NaOH溶液，燒杯、濾紙、小刀、尺子、托盤筆。

（六）教學過程

二、基于核心素養的模型教學策略

模型方法是研究模型來揭示原型的形態、特征和本質的方法，是邏輯方法的一種特有形式。中學生物中模型一般分為概念模型、物理模型和數學模型三類。

生物模型建構符合從感性到理性的認知規律，能促進學生認知水平的發展；有利于對學生進行科學方法的訓練，對知識的理解和記憶，使復雜的實際問題簡單化，形成完整的知識體系，提高學生的學習效率；能訓練學生的想象力，激發興趣，培養創造力和批判性思維能力，提高學生的生物學核心素養；還可以提高教師的教研能力，更新教師的教學理念，增加師生互動的機會，使師生的關系更加和諧。

生物教學模型的恰當使用可以提高學生學習效率，提高學生的生物學核心素養，但是這需要教師強大的組織能力和掌控能力。基于以上的分析，我認為模型教學應該從以下幾個方面來實現生物學核心素養目標的達成。

（一）教師充分解讀教材，挖掘核心素養

教師在進行教學設計之前，需要充分挖掘模型教學內容所涉及的生物學核心素養。生物學核心素養主要包括生命觀念、理性思維、科學探究和社會責任等。概念模型通常以概念圖的形式出現，表達概念之間的相互關系，體現知識的網絡構架。通過畫概念圖等方式建構概念模型，有利于對概念知識的理解和聯系，可以幫助學生在了解生物學概念的基礎上形成生命觀念，如結構和功能觀、進化與適應觀、穩態與平衡觀、物質與能量觀等。物理模型可以將抽象的東西具體化，利于學生理解知識，同時制作模型的過程能激發學生興趣，培養學生的創造力和合作力。數學模型使學生學會用數學建模的方法去認識事物、解決實際問題，學會觀察分析和設計實施方案，并交流和表達，尊重事實和證據，養成嚴謹和務實的求知態度。因此教師要善于挖掘教材內容，選擇合理的模型去突破核心知識，提高學生的核心素養。

（二）教師精心設計教學，體現核心素養

模型類型的恰當選擇和不同模型的恰當安排與組織對教學有著很大的影響，因此，教師在教學之前要充分分析學情，了解學生的特點和興趣所在，依據學生的需求來合理選擇模型。不同類型的模型能為學生提供多角度、多方面的知識，不同類型的模型會涉及不同類型的活動，能激發學生的學習興趣和求知欲，能充分發揮學生的主觀能動性，有利于學生多方面能力的培養，提高學生的生物科學素養，提高學生的學習效率。在模型建構前，教師要對教學資源進行有效整合，可利用課前導學案、課上自主閱讀、討論、微視頻觀看等方式對知識適時鋪墊，更好地利于學生對模型的認識和理解。對模型的建構過程，教師要設計適當的探究問題，讓學生體驗科學的探究過程，在建立模型的過程中學會觀察和統計的方法、實驗的方法、歸納與演繹的方法、假設的方法等，在探索與發現中發現其中的要素與關鍵之所在。

總之，模型可使生物課程的學習成為一個有思維過程的自主的、合作的、探究的學習過程，模型的建構不僅有助于學生對知識的梳理和知識體系的建立，而且可有效地發展學生自主探究、合作與批判、反思與創新等能力，提高生物學核心素養。

參考文獻：

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[2]施德明.高中生物模型方法教學及策略[J].科學大眾（科學教育），2008（1）.

編輯 張珍珍