從科學思維和實踐能力的角度談生物模型制作

甘肅省酒泉市新城區玉門油田第一中學 朱云云 毛德明 李春霞

教育部2017 年頒布的《普通高中生物課程標準》中，在科學思維這一維度的核心素養中，明確提到模型與建模，并且在學業質量中明確規定了模型與建模是第4 級水平。模型是人們按照特定的科學研究目的，在一定的假設條件下，再現原型客體某種本質特征（如結構特性、功能、關系、過程等）的物質形式或思維形式的類似物。常見生物模型包括概念模型、數學模型、物理模型等。物理模型是指以實物或圖畫形式直觀地表達認識對象特征的模型。物理模型最大的特點就是形象直觀，它可以把學習的內容直接展示到我們眼前，觀察和學習，甚至去想象。

高中生物學課程中的模型建構活動，是思維與行為相統一的過程，不僅讓學生通過嘗試建立模型，體驗建立模型中的思維過程，領悟模型方法，獲得或鞏固有關生物學概念，也培養了學生的實踐能力和創新思維。由于課時有限和實踐成本高，大部分時候，課堂多用畫圖來代替其他更耗時的物理模型，形式非常單一。加之網絡的普及，使得學生習慣于通過搜索輕易獲得知識。實踐的缺失，導致學生實踐能力的日趨退化，也讓學生失去了在實踐中摸索以發展科學思維的機會。實踐能力不等同于動手能力，一個成功的實踐過程的完成，需要具備一定的理論基礎，合理的實踐計劃，精益求精的實踐目標，足夠的物質和人力支持，解決困難的方法和堅持不懈的精神。沒有體驗的學習，剝奪的不僅僅是學生動手操作的機會，也錯過了教育真正的落腳點。

選題——科學思維的初次碰撞

選題時學生已經在構思作品如何完成，結合所學知識，選擇更巧妙和符合要求的材料，計劃需要幾人合作，預設可能遇到的難題，怎樣做出新意等問題。建模的科學思維和創新思維此時正處于活躍狀態，操作藍圖已打好初稿。

生物模型包括靜態模型和動態模型。靜態的模型通常展示結構，動態模型通常展示過程。不過這也不是絕對的,有些過程利用動態實在難以實現，可以建議學生將其轉化為流程圖的形式，制作出不同時期的靜態模型，再將其連起來。例如，興奮在神經元之間的傳遞或動植物細胞有絲分裂過程。靜態模型若只做一個，過于單一，建議學生設計成一個更大的概念，分類介紹，能夠清晰全面地說明問題。例如，學生制作草履蟲模型的想法修改成制作單細胞生物模型，通過對比能更好地理解草履蟲和單細胞生物的概念。這一步非常考驗學生的歸納概括和聯系所學知識的思維能力，提供給學生思路，學生就會模仿，探索出其他更好的主題，而模仿正是類比思維方式的外顯。

選材——思維與實踐的共同舞臺

材料是否別出心裁往往是一件作品創新與否的體現之一。在尋找材料的過程中，學生的觀察、類比推理等科學思維發揮重要作用。良好的觀察能力和類比推理能力會幫助學生發現身邊的可用之材，將作品用最適合、最簡單最形象的材料組合出來。學生奇思妙想往往有精彩的結果：用廢舊籃球做動物細胞、用豆子等食材粘貼出細胞結構、用染成綠色的花生做柵欄組織和海綿組織、用方形的透明飯盒做植物細胞有絲分裂，圓形的飯盒做動物細胞有絲分裂、用剪了的飲料瓶做葉綠體透明的兩層膜、用廢棄的吸管或者筆芯做噬菌體蛋白質外殼、用輸液的塑料管做循環系統的血管、用毛線或者布料制作神經細胞等等。

取材的過程秉承著能撿的不買，能要的不買，能集的不買的“三不買”原則，調動學生解決問題的積極性，發掘學生真正的實踐能力。值得欣慰的是，其中就有學生在全年級募捐廢棄的筆芯，募捐外賣剩的飯盒，等等。

建模——科學思維和實踐能力的核心體現

模型方法的精髓體現在建立模型的探索與發現之中，往往需要進行觀察或實驗、歸納和演繹，運用已有知識進行假設、模擬，不親身經歷其中的困惑與發現，很難領悟模型方法的要素與關鍵。作品的制作過程，往往是一個不斷解決問題，又不斷有新問題的過程，解決問題正是科學的本質，也是學生實踐能力的核心體現。這不僅包含著學生的動手操作能力，還包含著精益求精的目標要求，小組合作的團隊實踐精神，這些正是實踐能力最主要的體現。

例如，有學生的作品粘貼到板子上時，由于本身作品重量，嘗試了各種膠水，總是粘不住，時間一長就掉下來。教師希望學生能通過自己的嘗試解決問題，建議他們去賣膠水的商店，請教店家，試圖啟發學生知識的來源不能局限于課本和教師。有些作品需要學生手動演示，而參觀者并不了解操作過程，這會導致參觀者忽視作品的價值，當教師提出這樣的疑問時，學生經過思考將操作流程加入作品介紹，也給參觀者以一定的興趣探索。

實踐能力離不開合作能力，合作不能單單強調奉獻、不能空喊口號，需要有計劃、科學性的實施。學生在制作模型的過程中對于組員的合理分工、處理偶發的矛盾、選擇得當的領導者、建設團隊精神等方面有了科學地認識。這是筆寶貴的財富，避免感性和情緒化地看待問題，學會理智地解決人際問題。科學思維不僅僅體現在解決科學問題中，應用在生活中才是真正的融會貫通，養成了良好的思維習慣。

包裝——實踐能力的美學體現

模型是一件展出作品，觀看者的視覺體驗也是很重要的，美育是中學生培養的目標之一。從版面設計，手工精美，到色彩搭配，處處體現學生的審美能力。版面的設計包括標題、指示語、文字簡介、排版、背景選擇。手工制作爭取精細、符合科學性要求，準確地反映結構或者過程。色彩搭配力求簡潔、醒目、清晰。學生在制作中往往忽略對這些問題的考慮，教師的適當指導，會啟發學生的思維，制作出科學性和設計性俱優的作品。模型是為了將某一個結構或者過程向觀眾解釋清楚，要避免為了顯得作品更“高檔”，過度花哨或者將簡單問題復雜化，準確、簡潔、大方、美觀即可。

學生的主觀能動性一旦被調動，會激發出巨大的創造潛力。教師從“活動育人”中看到了希望，也會調整自己的教學方式。模型制作的一次次修正，甚至推翻重來，也磨練了學生的意志。筆者發現將學生的模型作品用于教學之中，學生會更有成就感，激發出巨大的繼續創作的興趣。“模型制作展評活動”的舉辦，為生物學的教和學開啟了一扇窗戶，促使我們更加重視應用建模思想，以培養學生的生物學核心素養。