高中生物學基于模型構建提升核心素養(yǎng)

福建省泉州市培元中學 邱宗丕

一、高中生物核心素養(yǎng)

高中生物不同于初中學習的基礎入門，也不同于生物專業(yè)的專項研究。一方面在短短三年里，學生需要兩年時間學完所有課程，高三一年用來復習備考，時間短，任務重。另一方面，生物教學不但要達到課程標準的要求，同時要做到真正理解掌握生物每一個模塊，實現(xiàn)生物教學的真正價值，適應社會的需求。

伴隨著教學改革，高中生物的核心素養(yǎng)養(yǎng)成已經(jīng)成為重要課題，教學之重。高中生物學習涉獵范圍較廣，難度逐漸加深，需要理解的內(nèi)容多，且與化學、物理、數(shù)學等學科聯(lián)系緊密。因此高中生物學的核心素養(yǎng)更多地應體現(xiàn)在對學科進行形象化分析與理解，進而培養(yǎng)學生自主性的分析能力，從而深入探討自然與生命。

1.抽象問題形象化分析與理解。

提升核心素養(yǎng)的生物教學應該做到易理解、具體化。高中生物教學跨度大，抽象問題比較多，主要有細胞代謝、基因與遺傳、變異和進化理論、生態(tài)學、動植物體的穩(wěn)態(tài)、基因工程等。學習重點突破的思路是“抽象的問題形象化”。在這個過程中可通過提出問題、分析問題、解決問題等一系列過程進行授課與學習，實現(xiàn)少背誦記憶、多理解接受。只有這樣，才能使學生加強知識的掌握，培養(yǎng)學生的核心素養(yǎng)。

2.深入了解自然與生命。

生物教學過程中，教師應該引導學生理解問題的本質(zhì)，認識生命，如細胞如何成為最基本的生命結(jié)構層次、基因如何遺傳、生態(tài)系統(tǒng)功能如何維持，通過探究自然，進而實現(xiàn)真正的素養(yǎng)提升。在基礎知識學習后，教師應落實學生掌握情況，如學生是否能夠獨立自主進行分析，還是只停留在表面層次。生物學科作為實踐性強的學科，需要學生不斷動腦思考，發(fā)現(xiàn)問題，并帶著疑問去探索解決。現(xiàn)代生物學是與社會生活緊密聯(lián)系的，很多方面滲透著生物學理論，教師應鼓勵學生在生活中勤于思考，將書本知識融入到生活之中。

對于每位學生來說，核心素養(yǎng)都至關重要，既體現(xiàn)在對知識的理解，也體現(xiàn)在知識的運用能力上，筆者認為其可以通過生物模型構建的教學方法得以突破實現(xiàn)。

二、高中生物模型構建

對于很多學科教學，模型構建法都發(fā)揮著重要作用，生物學科亦如此。模型構建法作為高中生物分析理解的重要手段，使得各模塊抽象的問題形象化。

1.模型構建的類型。

生物教學中應用到的模型較為常見的有概念模型、數(shù)學模型和物理模型。其中概念模型應用較為廣泛。通過概念圖形式，形成一個知識框架，理清各相關概念之間的內(nèi)在聯(lián)系，形成知識網(wǎng)絡。數(shù)學模型則是利用數(shù)字與符號展現(xiàn)數(shù)學關系或通過坐標曲線圖等形式建立。在《種群數(shù)量的變化》這一節(jié)中運用的主要是數(shù)學建模，通過實驗與分析得出，自然界中種群的增長可呈“S”型曲線增長或“J”型曲線增長。物理模型則是通過實物或圖畫直觀表達認識對象的特征，如沃森和克里克制作的D N A雙螺旋結(jié)構模型就是物理模型，它形象而概括地反映了所有D N A分子結(jié)構的共同特征。生物學構建模型不僅是對原型、概念的單純敘述，而且是在原型基礎上，依托結(jié)構化，形象表達，相對于概念，更容易被理解接受。

2.模型構建的具體體現(xiàn)。

教材中一些核心概念如光合作用、細胞呼吸、基因等可建立概念模型；對種群數(shù)量的增長可建立數(shù)學模型；對細胞膜的亞顯微結(jié)構、真核細胞的亞顯微結(jié)構、蛋白質(zhì)的結(jié)構、D N A分子的結(jié)構等可建立物理模型。D N A分子的雙螺旋結(jié)構模型是典型的物理結(jié)構，兩條反向平行的長鏈盤旋而成。學生可用紙片、泡沫塑料等材料自行動手制作，將做好的完整的D N A平面結(jié)構兩端拉伸，沿不同方向旋轉(zhuǎn)，形成立體結(jié)構模型。較平面結(jié)構而言，立體結(jié)構更直觀體現(xiàn)磷酸、脫氧核糖、氫鍵與堿基之間的關系，使得學生更清晰理解雙螺旋結(jié)構的特點。真核細胞三維結(jié)構也可以讓學生嘗試制作，體驗物理建模過程。利用橡皮泥、塑料袋、吸管和別針等，體現(xiàn)細胞與細胞器之間以及不同細胞器之間的大小比例和空間位置，展現(xiàn)細胞三維結(jié)構，讓學生不再空想，做到有據(jù)可循。在“基因工程”教學過程中同樣也可通過建立模型展現(xiàn)基因工程操作流程中各種分子間的內(nèi)在關聯(lián)，如圖1所示，A和B可分別表示目的基因和基因表達載體，C表示重組載體，D表示受體細胞。

圖1

三、模型構建對高中生物核心素養(yǎng)提升的體現(xiàn)

高中生物的核心素養(yǎng)的培養(yǎng)應該體現(xiàn)在教學的各個環(huán)節(jié)，不拘泥于特定情境。教師通過模型構建，將復雜問題簡單化，將抽象問題形象化，有助于每位學生更深入思考和理解問題。與此同時，作為一名高中生，必須要掌握建模思路和方法，分析建模運用情境，當遇到新情境時，能做到獨立建模，去分析解決問題，這便是建模應用的精髓，同時也是模型構建對高中生物核心素養(yǎng)提升最重要的體現(xiàn)。

1.生動性。

培養(yǎng)高中生物的核心素養(yǎng)要從課堂上抓，從讓學生學懂每一個知識點開始。只有教學更加清晰化、表達更加明了，學生才能夠快速理解、接受。通過模型構建，將問題變得形象化，而模型構建法充分地體現(xiàn)其優(yōu)勢所在，通過建模，將問題形象化展示，改變教師傳統(tǒng)地一味背書的教學方式，充分建模，將模型與理論相結(jié)合，聯(lián)系教學實際，進而提高高中生物的教學效率。

在血糖調(diào)節(jié)實驗中，了解血糖平衡的調(diào)節(jié)機制，不同的激素對其生理反應產(chǎn)生不同的效應。血糖升高時，促進胰島B細胞分泌胰島素，抑制胰島A細胞分泌胰高血糖素。當血糖含量降到一定程度時，會抑制胰島素的分泌，同時促進胰高血糖素的分泌，從而促進糖原分解和非糖物質(zhì)轉(zhuǎn)化為葡萄糖，從而使血糖水平升高。具體主要的調(diào)節(jié)過程可用模型進行體現(xiàn)，如圖2所示。通過構建概念模型，能一目了然地表達血糖與激素分泌之間的關系。

圖2

2.理解力。

模型構建已經(jīng)成為高中生物學習以及考核的重要組成部分。基于模型構建的生物教學能夠使知識點形象化，課堂上教師引導學生化繁為簡，形成立體思維，促進學生理解吸收，掌握核心知識點，從而使生物學科的核心素養(yǎng)得以提升。

3.發(fā)散性。

生物作為認識生命的學科，是在探究中不斷發(fā)展完善的。提升生物學科核心素養(yǎng)，離不開深入研究與個人思考，形成發(fā)散性思維。相對于用語言來闡明觀點與理論，作為生物研究的重要手段，生物模型構建更能激發(fā)學生學習的主動性；學習掌握模型構建法，歸納總結(jié)，獨立自主分析應用，培養(yǎng)學生學習與探索生物的興趣。大自然是鮮活的，生命科學是無窮的，生物的探索學習更不應該拘泥于課堂，不拘泥于高考，掌握生物學科的本質(zhì)，做到真正理解自然與科學，理解生命的起源與意義。

核心素養(yǎng)的養(yǎng)成應適應時代趨勢，做到人人擁有。在課標的培養(yǎng)計劃下，在高考的大環(huán)境下，在生物學不斷發(fā)展的過程中，通過模型構建，使學生置身于探索生命現(xiàn)象、發(fā)現(xiàn)生命活動規(guī)律的環(huán)境中。以模型構建為基礎的高中生物學習必將翻開嶄新的一頁，關于生物模型構建的實踐也將越來越多，希望大家多應用模型構建去分析問題、理解問題和解決問題。

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