基于核心素養的建模教學在生物學教學中的研究

摘 要：生物學科課程標準將模型方法規定為高中生必須掌握的科學方法之一。本文就如何優選模型方法、倡導合作學習解決實際問題等方面闡述了生物建模策略在教學中的應用和思考，主要側重于如何在生物課堂這塊“自留地”上進行實踐的思考。

關鍵詞：生物學教學;模型建構;核心素養

“發展學生的科學素養”是生物學教學的宗旨之一，科學素養最基本的含義是指學生能夠合理地將所學到的科學知識運用到社會及個人生活中。生物學核心素養主要是指生命觀念、理性思維、科學探究和社會責任，這些素養的滲透在模型構建中多有體現。

一、建構模型需在理性思維中滲透生命觀念

在現有的江蘇高考的模式下，高中生在學習生物的過程中留給生物的學習時間大幅度縮小，教師在生物課堂上更注重高效到位，在這塊僅有的“自留地”上舍不得浪費點滴時間。生物課并不是簡單的手工課，教師需要引導學生對原型的特征進行理解和簡化，注重在構建物理模型的過程中啟發學生思維滲透生命觀念。如在介紹酶的作用機理——降低化學反應活化能一節中，教材就很好的用一個小汽車爬坡的例子闡釋降低活化能這一概念。用生活中的小汽車爬山坡和鉆山洞，哪個油耗高的生活案例解決了降低活化能這個核心概念的抽象難題。除了教材提供的生活實例，我們還利用多媒體手段設計一個動畫，小球在加熱的情況下跳躍門檻，加了酶的反應相當于一個低門檻，只要少許加熱小球就能跳過去，而沒有催化劑的反應就是一個高門檻，必須加熱足夠多的情況下才能跳過去。教學活動依托模型方法，既側重于教學目標在思維過程的體現，發展學生的思維分析、科學表述和實踐操作等能力，又在糅合知識點的構建過程中讓學生感知了生命觀念在生物學中的體現。

二、建構模型重在遵循認知規律發展科學思維

學生在認知某個現象時，一般從學習到模仿再到創新。教師在運用建模策略教學時要充分考慮學生的認知水平和規律，鼓勵學生通過觀察和分析建構出原型最本質屬性，允許學生試錯、討論從而修正直至優化模型。例如以蛋白質為例，可用“△”“○”等不同符號表示氨基酸的種類，并且用“△-△-△ ”“△-△-△-△ ” “○-○-○-○”“○-○-△-○”“○-○-○-△”等不同組合和排列，用來呈現蛋白質結構多樣性的原因。同時，也可用它來簡化對脫水縮合過程的數學推理。如對“肽鍵數=氨基酸個數-肽鏈條數”的推理，如采用以下步驟：1.由“○-○”“○-○-○”“○-○-○-○”“○-○-○-……○”，推理出“單鏈中，肽鍵數=氨基酸個數-1”;2.由“○-○;○-○”“○-○-○; ○-○-○-○-○”“○-○-○-○;○-○-○-……○”，推理出“雙鏈中，肽 鍵 數=氨 基 酸 個 數-2”;3.由“○-○-○-……○”“○-○ ○-○-○-○-○-……○”“○-○;○-○;○-○-○-……○”“○-○;○-○;○-○;……;○-○-……○”，推理出“多鏈中，肽鍵數=氨基酸個數-肽鏈條數”，這樣就可以明確推理過程，簡單而有效。在探究過程中學生的求知欲決定了參與度，學生探究能力決定了達成度，小組成員間的有效交流體現了思維廣度，這樣激發的思維沖突體現了傳統課堂模式的淡化和學生思維品質的深化。

三、建構模型能在實驗教學中進行科學探究

探究性實驗教學過程也具有建構性和生成性，探究性實驗教學過程同時也是學習者與他人（學習伙伴）的合作、對話和互動中逐漸形成自己的認知結構的過程。教材實驗形式是多樣的，建立相應的模式是提高實驗能力的策略之一。以“探究pH影響酶的活性”為例，教師主要設計了三個環節：教學過程，實驗方案，實驗設計。其中教學過程只要以問題情境導入，啟發學生總結影響酶活性的因素有哪些？從而明確實驗課題“探究pH影響酶的活性”。實驗方案主要是學生自己動手設計表格，預測在酸性和堿性環境下對酶活性的影響。實驗設計指具體操作實驗的過程，以及把對應的實驗結果寫好。學習者是知識發生過程的探索者，是現實客體的變革者，是新的認知結構的構建者，所以盡可能引導學生進行自主學習。

四、建構模型要在實踐中學會承擔社會責任

對于學生而言，通過建模來學習相關知識，可以完善知識體系，讓所學的知識在頭腦中形成思維模型。在創建模型的過程中磨練和培養的能力使學生在獨立面對新問題時，能迅速完成對問題的分析、對材料信息的辨識加工，從而提升了思維能力和解決問題的能力，在此過程中理解需要承擔的社會責任。例如對學校池塘生態系統穩定性的模型構建，學生通過書本知識了解到維持生態系統穩定性的重要性，在對學生池塘生態系統穩定性進行調查時發現如下幾個問題：1.池塘水源有輕微污染;2.池塘生物組成成分分布不均。根據調查發現的問題，學生們分工合作，有分組給校長寫池塘調查報告并設計生態化池塘方案，有分組進行池塘水源污染源調查，有分組進行資料查詢以便提供給其他小組進行科學設計池塘生態系統穩定性的模型。通過本次實踐使得學生的能力訓練從課堂內延展到課堂外，讓學生的知識和實踐環境保護得到很好的融合。學生能更好地了解生命現象，解釋生物規律，指導生活決策，承擔社會責任。

綜上所述，基于核心素養的建模教學策略并不是一個新穎的策略，但是卻有著旺盛的生命力和兼容性，可以與時俱進的扎根在生物課堂，為課堂教學這塊“自留地”開辟了多樣而有效的風景。

參考文獻

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作者簡介

孫靜艷（1981—），女，漢族，籍貫：江蘇無錫，碩士，中學一級教師，研究方向：生物教師。