指向深度學習的高中生物學模型建構研究

王小英

摘 要：高中生物的學習離不開模型建構，簡述概念模型、物理模型及數學模型的特點，以深度學習為指引，引導學生樹立建模思想，提高建模能力，促進學科核心素養的發展。

關鍵詞：高中生物;深度學習;模型建構

深度學習是指在教師的引領下，學生圍繞具有挑戰性的學習主題，全身心積極參與，體驗成功，獲得發展的有意義的學習過程。在這個過程中，學生掌握學科的核心知識，理解學習的過程，把握學科的本質及思想方法，形成積極的內在學習動機，高級的社會情感，正確的價值觀。高中生物主要是研究生命現象及其活動規律的一門學科，相應的內容也就非常的抽象復雜，立足于生物學科素養，通過模型構建可以幫助學生理清知識脈絡，辨析認識對象的主要特征，化抽象為具體，提高生物學思維能力，逐步達到深度學習。

一、構建概念模型，形成系統的知識網絡，促進深度學習

概念模型是采用圖示、文字及符號的形式將事物的本質特征、屬性及事物之間的內在聯系清晰地展示出來。生物是一門以概念為核心的學科，掌握概念模型的構建，一方面可以更好地梳理核心概念之間的邏輯關系，另一方面也能更多地挖掘與核心概念相關的內容，進行有效遷移，再通過分析整合，從而完善知識體系，形成由點及面立體的知識結構，從而促進學生深度學習。

新課程背景下，特別是新高考試卷中選擇題題干文字信息量較以往明顯增多，如何快速準確地梳理題干信息的邏輯關系，提升解題效率？筆者認為在解題的過程中可以訓練學生構建概念模型，剖析題干信息并用概念模型表示出來，就可以在紛雜的信息中抓住關鍵詞，同時結合教材及選項準確定位所要考查的知識點進行擴展和發散，積極主動地進行探究并找到答案，避免學生處理信息過程中丟三落四的困擾。因此，教學過程中積極引導學生主動參與構建概念模型，不僅可以深化學生對生命觀念的掌握，還可以鍛煉學生的科學思維，提高學生分析問題和解決問題的能力，促進學科核心素養的發展。

二、構建物理模型，化間接經驗為直接經驗，推進高階思維發展

物理模型是利用相似原理，以實物或圖畫的形式把真實事物按比例放大或縮小制成的模型，直觀地表達認識對象的特征，其狀態變化和原事物基本相同。需要強調的是這里提到的實物是制作模型所需要的實體材料，另外以相片作為載體記錄下認識對象的真實狀態并非物理模型。與概念模型相比，物理模型多了些直觀性和趣味性。如教材中呈現的生物體結構的模式圖、細胞結構模式圖、生物膜流動鑲嵌模型、ATP分子結構圖、細胞分裂圖解、DNA分子結構圖、基因的表達過程模型等，還有學生自己動手制作的一些物理模型，如動植物細胞結構模型、DNA分子雙螺旋結構模型、受精過程模型、基因工程中構建表達載體的過程模型。學生在進行物理模型的構建過程中，將教材中與認識對象相關的間接經驗轉化為實體模型，并對模型進行多元評價和修正，有效地豐富了生物學知識的直接經驗，同時鍛煉了邏輯推理能力、辯證思維和文字表達能力，推進高階思維的發展，達到深度學習。

三、構建數學模型，揭示事物的本質特征，強化生物學思維

數學模型是運用數理邏輯方法和數學語言，以圖表、函數、公式及符號等數學形式真實系統地揭示事物的本質特征、數量關系和變化規律等。構建數學模型傳統的步驟如下：觀察研究對象，提出問題→分析各種因素，提出合理的假設→根據實驗數據，用適當的數學模型對事物的性質進行表達→通過進一步實驗或觀察等對模型進行檢驗或修正。運用數學模型構建的傳統方法來研究生物學問題的例子很多，如探究影響光合作用環境因素、探究影響酶活性的最適pH和溫度、探究不同生長素濃度對植物不同器官的作用、探究種群數量的變化等，借助數學模型解決生物學問題，可以將復雜問題進行簡化，抓住問題的關鍵影響因素，引導學生積極思考，分析綜合，層層遞進，獲得事物發展的一般規律。在辨析生物學概念間的數量關系時，如染色體與DNA的數量關系、蛋白質合成過程中氨基酸與肽鍵的數量關系、同源染色體與四分體的數量關系，DNA及mRNA中堿基數與氨基酸的數量關系等，適當建立數學模型，可以清楚直觀地揭示它們的關系，深化理解生物學概念知識，強化生物學思維，達到深度學習。

四、總結

三種模型的構建方法、側重點及呈現形式皆不同，在應用的時候需結合教學內容，根據不同的教學目標及需要達到的教學效果，以深度學習為指引，引導學生樹立建模思想，積極主動地構建模型來理解生物學知識，強化模型的綜合應用，全面把握前后知識之間的內在聯系及其本質，對生物學知識進行深度加工，化抽象為直觀，化繁為簡，突破重難點，實現有效教學。

參考文獻：

郭華.如何理解“深度學習”[J].四川師范大學學報（社會科學版），2020，47（1）：89-95.