基于模型建構培養學生的生命觀念

葛方金

黨的十九大明確提出：“要全面貫徹黨的教育方針，落實立德樹人根本任務。”《普通高中生物學課程標準（2017年版）》也將發展學生的生物學核心素養作為課程宗旨，在生物學核心素養的4個組成中，科學思維、科學探究及社會責任都具有自然科學領域的跨學科屬性，而生命觀念則是獨具生物學科特點的要素，是本學科核心素養的標志和關鍵。如何在高中生物教學中落實生命觀念素養的形成，有諸多教學策略。筆者對如何通過模型建構培養學生生命觀念進行了初步探究。

1 相關概念的界定

1.1 模型與模型建構

模型是人們為了某種特定目的而對認識對象所作的一種簡化的概括性的描述。這種描述可以是定性的，也可以是定量的;有的借助于具體的實物或其他形象化的手段，有的則通過抽象的形式來表達。模型的形式很多，包括物理模型、概念模型、數學模型等。

高中生物學課程中的模型建構活動，則是根據課程標準的要求設計的讓學生結合具體生物學內容的學習而進行的建立模型的活動。

1.2 生命觀念

生命觀念是指對觀察到的生命現象及相互關系或特性進行解釋后的抽象，是人們經過實證后的觀點，是能夠理解或解釋生物學相關事件和現象的意識、觀念和思想方法。培養學生的生命觀念，主要從培養學生的結構與功能觀、進化與適應觀、穩態與平衡觀、物質與能量觀等幾個方面入手，并通過這些基本的觀點去認識生命世界、解釋生命現象，養成正確的人生觀。

2 模型建構培育學生生命觀念

2.1 建構物理模型培育學生結構與功能觀

物理模型是指以實物或圖畫形式直觀地表達認識對象的特性。如在“細胞的基本結構”這一章內容的學習后，嘗試制作真核細胞的三維結構模型（圖1），學生自主設計方案、自選材料、構建模型，深刻理解了細胞壁、細胞膜、細胞質基質和各種細胞器以及細胞核在細胞中的相對位置關系，同時也能理解各部分的結構和功能，闡明細胞各部分結構通過分工與合作形成相互協調的有機整體，實現細胞水平的各項生命活動，從而認識到細胞是生物體結構與生命活動的基本單位。在“減數分裂和受精作用”學習的過程中，教師引導學生建立了減數分裂中染色體變化的模型，使學生理解配子中染色體組合的多樣性，認識到：細胞分裂過程中染色質螺旋纏繞、縮短變粗成為染色體有利于核遺傳物質的分配，分裂結束后染色體解開螺旋變成細長而盤曲的染色質絲有利于DNA的復制和基因的表達。進行“DNA分子的結構學習”時，通過制作DNA雙螺旋結構模型，學生能感悟DNA分子中堿基對排列順序的千變萬化使DNA分子能夠儲存足夠量的遺傳信息，獨特的雙螺旋結構和堿基互補配對保證了復制能夠準確地進行。

學生在嘗試制作真核細胞的三維結構模型、減數分裂中染色體變化的模型和DNA雙螺旋結構模型的過程中，需先將微觀、肉眼難以直接觀察的結構或過程簡化，把握其主要特征，再將這些特征形象化、具體化，能體驗到一定的結構必然對應一定的功能，任何功能都需要一定的結構來實現，認識到結構與功能相適應，從而培育結構與功能觀。

2.2 建構數學模型培育學生穩態與平衡觀

數學模型是用來描述一個系統或它的性質的數學形式，常見的類型有數學公式、數據表格、柱狀圖、餅狀圖、坐標曲線圖等。例如，在學習“血糖平衡的調節”時，教師引導學生繪出飯后體內血糖、胰島素、胰高血糖素的含量變化坐標曲線（圖2），理解進食后因消化吸收血糖含量升高，血漿中胰島素含量升高、胰高血糖素含量降低，從而使血糖水平降低;當血糖含量降低時，胰島素含量降低、胰高血糖素含量升高，從而使血糖水平升高，通過調節使血糖水平維持在0.8～1.2 g/L;進而領悟人和動物體通過神經一體液一免疫調節網絡的調節，使各個器官、系統協調活動，共同維持內環境的相對穩定狀態。

又如學習“探究培養液中酵母菌種群數量的變化”時，學生依據實驗計數結果，繪制酵母菌種群數量變化曲線（圖3）并分析和解釋這一變化規律的原因，當酵母菌種群密度增大時，生存斗爭就會加劇，使種群的繁殖率降低、死亡率升高，種群經過一定時間的增長后，數量在K值趨于穩定。在學習“生態系統的穩定性”時，構建抵抗力穩定性和恢復力穩定性的數學模型，感受和體驗由于生態系統具有自我調節能力，能夠保持或恢復自身結構和功能相對穩定。

學生根據具體情境，抽象出數學規律，并用適當的數學形式進行表達，構建飯后體內血糖、胰島素、胰高血糖素的含量變化、酵母菌種群數量變化、生態系統抵抗力穩定性和恢復力穩定性的數學模型時，能感悟到生命系統各層次都處于穩態與平衡中，穩態不是恒定不變，而是一種動態平衡，穩態和平衡是通過一定的調節機制來實現和保持的，從而培養穩態與平衡觀。

2.3 建構概念模型培育學生物質與能量觀和進化與適應觀

概念模型是為了某一應用目的，運用語言、符號和圖形等形式，對真實世界系統信息進行的抽象和簡化，包括圖解式模型和概念圖。

2.3.1 建構圖解式模型，培養學生的物質與能量觀

圖解式模型是將難以直接觀察到的生命活動規律、原理等圖示化、形象化，在此基礎上抽象出該過程的關鍵特點，揭示對象的主要特征和本質。如學習細胞呼吸和光合作用時，教師引導學生分析討論、歸納總結，畫出細胞呼吸過程的圖解（圖4）和光合作用的過程圖解（圖5），從物質與能量的視角，探索光合作用與呼吸作用，認識到一切生命活動都有物質基礎，且通常離不開能量，物質的合成和分解往往伴隨著能量的儲存和釋放，闡明細胞生命活動過程中貫穿著物質與能量的變化，從而培養學生物質與能量觀。

2.3.2 建構概念圖，培養學生的進化與適應觀

概念圖是一種用節點代表概念，連線表示概念間關系的圖示法;通過概念圖，學習者把新知識和學過的有關概念組織在一起，使知識由點成線、成面、成網。如學習基因突變及其他變異、從雜交育種到基因工程和現代生物進化理論這三章內容后，教師要求學生以概念圖的形式總結新物種的形成過程（圖6），幫助學生構建概念，梳理知識的層次關系，發現知識之間的內在聯系，使學生理解：由基因突變、染色體變異和基因重組引起的變異是可以遺傳的，變異、選擇和隔離可導致新物種的形成;地球上現存的豐富多樣的物種是由共同祖先長期進化形成的;基于可遺傳的變異，以及變異可能帶來的生存與繁殖優勢等;生物的適應是自然選擇的結果。這樣，學生可以感悟生物的多樣性和適應性是進化的結果，從而培養進化與適應觀。

在模型建構活動中，學生進行觀察或實驗，歸納和演繹，運用已有知識進行假設、模擬，將復雜的事物進行簡化、抽象出其本質屬性，通過親身參與模型建構，運用多感官及更有深入的思考、感悟與體驗等深度學習，促進在理解生物學核心概念的基礎上形成結構與功能觀、進化與適應觀、穩態與平衡觀、物質與能量觀等生命觀念，并用生命觀念認識生命世界、解釋生命現象，逐步形成正確的價值觀念、必備品格，獲得解決實際問題的關鍵能力，發展和升華生物學核心素養。

參考文獻：

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[4]李曉聰.淺談高中生物課堂教學中對核心素養“生命觀念”的培養[J].中學生物學，2017，33（11）：79-80.