淺談科學思維素養在高中生物建模教學中的應用

（山西省孝義市第二中學校，山西 孝義 032300）

一、研究背景

“模型”是人們為了某種特定目的而對認識對象所做的一種簡化的概括性的描述。根據最終表現形式差異，模型可分為概念模型、物理模型和數學模型。其中，物理模型則將原型以抽象或者做成實物模型進行研究，如各種組織器官的立體結構模型、結構示意圖和模式圖等，數學模型建構思維是教學中應用最廣泛的理念，數學建模思想可以幫助學生對生物問題進行分析、轉化，把文字轉化為直觀的模型，學生應該在學習過程中逐步發展科學思維如能夠基于生物學事實和證據運用歸納與概括、演繹與推理、模型與建模、批判性思維等方法，探討、闡釋生命現象及規律，審視或論證生物學社會議題。人教版生物課本也對模型做出了定義：模型是用實物的方式來將某種對象具體化的一種研究方式。模型的手段可以是抽象的，也可以是形象的；可以是定性的，也可以是定量的。

二、高中生物建模活動實施的作用

（一）有利于創建新的學習模式

在高中生物的學習過程中開始講授比較復雜的物質轉化、遺傳結構等知識，在高中學習中開展建模活動，減少了學生學習新知識的難度，極大地調動了他們的積極性和自主性。學生在自主或合作的方式解決問題后，可以大大提高其自身的學習能力，同時因為合作，師生之間的感情變得更好，班級的影響力和凝聚力顯著提高。

（二）有利于調動學習熱情

在高中的生物教學里，加強建模方式的應用，可以創造生動、有趣味的課堂教學氛圍，學生的學習積極性主動性能得到充分的發揮。其中，借助生動的模型展示，可以簡化復雜抽象的知識，加深學生的理解和記憶，便于學生充分理解和掌握。學生在完成建模后，可以收獲相應的成就感，進而維持較高的學習熱情和興趣。

（三）有利于提高教師的教學水平

俗話說，“給學生一杯水，自己先有一桶水”，如果要教好學生生物方面的知識并且培養科學思維，教師自己需要不斷地學習和思考，深入研究教材的知識和建模的方法。生物教師要及時引入數學建模思想，把這些抽象的生物學理論直觀化，幫助學生消化這些知識點，建模的教育理念使教師對于生物模型建構教學的內涵和價值有一個理性的正確認識，有利于生物學課程三維目標的達成。

三、研究方法

（一）三大建模的不同應用范圍

概念模型：它的出現最為頻繁，概念模型幾乎出現在所有的章節內容。學生在課后復習時，可以梳理概念圖來將各章所學內容穿起來，形成一個較為系統的知識網絡，這個方法能有效地記憶和理解，進而更好地掌握知識。數學模型：主要應用于定量分析，如結構的相關計算，遺傳比例，蛋白質和氨基酸的相關計算，遺傳病概率，種群密度調查，能量守恒定律等。物理模型：動物細胞與植物細胞的模型結構，生物膜流動鑲嵌模型的分子模型，血糖調節模型等。

（二）篩選合適的教學材料

人教版高中生物學必修教材中有許多涉及模型的內容，但并不是所有的知識都適合以課堂建模的形式呈現出來，并且要考慮建模的難度以及它適合的方法。教材中適合物理建模教學的知識點共27 個，涉及23 個不同的章節，可是高頻研究的只有8 個，這說明模型建構教學并沒有在課堂上展開廣泛的教學應用，國內的建模教學處于初級階段，缺乏深入的研究和整理。

（三）建模教學的具體應用

1.鞏固理論學習，掌握方法意義

借助生物學研究性學習活動，可以促使學生自主學習先進的理論知識，引導學生結合模型建構中需要用的東西和可能出現的問題，制定配套可行的建模方案，進而對模型建構方法進行充分掌握，并對模型建構的生物學意義進行明確。

2.教師引導調整模型構建教學

在學習過程中，過難的知識點不僅很難讓學生短時間內接收，同時容易產生錯誤的認知。因此，教師要清楚學生的認知能力，并且根據它來調整教學內容，合適的程度才能正確引導學生進行自主學習，在探索知識的同時也要注意保護學生的質疑精神和創造性思維。例如，以“建構DNA 雙螺旋平面結構模型”為例，在構建過程中，學生要做好預習，清楚建模的內容，然后教師引導學生進行制作，明確活動的步驟。其次，學生要準備好相應的教學工具。再次，學生要準備不同顏色的正方形、三角形、長方形紙片，主要代表幾種不同的堿基，然后結合磷酸和脫氧核糖反向平行原則，對DNA 雙螺旋平面結構模型進行組裝。最后，針對各個模型，教師要引導各個小組進行展示和評價，及時指出存有不完善地方。又例如，染色體、染色單體、DNA 數目的變化是高中生物重點，抓住幾個細胞分裂圖中數量的變化繪制表格，將各個細胞的變化轉化為柱狀圖，讓學生更直觀的感受各個細胞在數量上的變化。這樣，學生對細胞分裂有了深入認識，今后在解答這類題目時，會更加嫻熟。

3.及時交流分享，延伸建模教學的意義

建模教學的目的就是幫助學生對課本上枯燥的概念形成一個具體的模型概念，每個學生對于同一句話的理解是有差別的，如果學生自己的想法和別人的理解產生了分歧，及時的溝通和正確的指引能夠加深學生對知識的掌握情況。對于學生的優秀作品與想法，老師應做好收集展示工作，幫助更多的學生從他們的認識角度來學習生物。

結語

模型是事物原型的一種抽象體現，能體現原型的顯著特點，但不代表他是原型的完全體現。建模教學將課本上的文字、老師的教授話語轉化為實在的能理解觀察的具體概念，能讓老師更清楚地知道學生那些地方不容易理解正確，能讓學生更透徹的掌握好知識點，可以拉近學生與生物之間的距離，提高學生的生物核心素養。