模型建構(gòu)能力對(duì)提升學(xué)生生物學(xué)核心素養(yǎng)的重要性

任海兵

(江蘇省常州市金壇區(qū)金沙高級(jí)中學(xué) 江蘇常州 213000)

生物學(xué)核心素養(yǎng)是學(xué)生在生物學(xué)課程學(xué)習(xí)過程中逐漸發(fā)展起來的，在解決與生物學(xué)有關(guān)的實(shí)際問題時(shí)所表現(xiàn)出來的關(guān)鍵能力、必備品格與價(jià)值觀，是學(xué)生知識(shí)、能力、情感態(tài)度與價(jià)值觀的綜合體現(xiàn)。在對(duì)核心素養(yǎng)的表述中，科學(xué)思維明確了模型建構(gòu)的重要性，生命觀念和科學(xué)探究中也要求學(xué)生具備很高的模型建構(gòu)能力，我們?cè)谡n堂教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的模型建構(gòu)能力是必要的、緊迫的[1]。

一、模型教學(xué)在生物教學(xué)中的地位、實(shí)用性

高中生物學(xué)知識(shí)中抽象的內(nèi)容較多，對(duì)學(xué)生的推理要求高。針對(duì)教材中的不同知識(shí)點(diǎn)，可以靈活運(yùn)用常用的學(xué)習(xí)方法以恰當(dāng)?shù)男问疥U釋分子與細(xì)胞、遺傳與變異、穩(wěn)態(tài)與調(diào)節(jié)、生物與環(huán)境等相關(guān)概念的內(nèi)涵，論述生物工程與技術(shù)的原理及其與社會(huì)之間的關(guān)系，從而解決與生物學(xué)相關(guān)的新問題情境，利用生物學(xué)重要概念或原理，通過邏輯推理闡明個(gè)人立場(chǎng)，作出決策并解決問題。

目前，生物教材中整合的模型建構(gòu)包括概念模型、物理模型、數(shù)學(xué)模型，從教材專門提出模型建構(gòu)的目的來看，模型建構(gòu)教學(xué)針對(duì)生物學(xué)抽象、微觀的特點(diǎn)還是非常有用的，縱觀目前高中生物學(xué)知識(shí)體系，生命系統(tǒng)層次中基本都涉及模型建構(gòu)的內(nèi)容。

用模型呈現(xiàn)的辦法可以幫助學(xué)生整合抽象、復(fù)雜、多樣化的學(xué)科知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的建模能力、知識(shí)歸納總結(jié)能力，將模型建構(gòu)應(yīng)用于課堂可以讓學(xué)生動(dòng)起來，真正成為課堂主體，變單純接受知識(shí)為主動(dòng)參與知識(shí)生成，變機(jī)械記憶現(xiàn)成的知識(shí)點(diǎn)為主動(dòng)探索知識(shí)之間的關(guān)聯(lián)，了解簡單知識(shí)背后深層次的知識(shí)背景、自然規(guī)律、人工應(yīng)用。現(xiàn)階段高考對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)能力的考查是多元化的，特別推崇在新情境下解決相關(guān)問題。要將新情境與基本原理、基本概念結(jié)合起來，離不開建模。

二、生物學(xué)可以建構(gòu)的模型涵蓋面廣，可操作性強(qiáng)

高中生物學(xué)的生命系統(tǒng)層次從細(xì)胞開始，從微觀到宏觀，包括細(xì)胞、組織、器官、系統(tǒng)、個(gè)體、種群、群落、生態(tài)系統(tǒng)。其中與物質(zhì)結(jié)構(gòu)、細(xì)胞結(jié)構(gòu)有關(guān)的內(nèi)容都可以構(gòu)建物理模型，教材中有一定量的現(xiàn)成模型，實(shí)際應(yīng)用時(shí)學(xué)生可以根據(jù)需要進(jìn)行模型重組，重組后變成適合自己使用的模型。例如，教材提供了DAN雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，我們?cè)趯?shí)際使用時(shí)可以把模型變成平面圖，可以簡化成用兩根豎線代表一個(gè)DNA，可以把局部放大強(qiáng)化脫氧核苷酸之間的連接。動(dòng)植物細(xì)胞的亞顯微結(jié)構(gòu)模式圖，我們可以利用已知的這兩種模型構(gòu)建綠藻（低等植物既有細(xì)胞壁，又有中心體）的模型圖，根尖根毛區(qū)細(xì)胞（無葉綠體）的模型圖等。

高中生物學(xué)的知識(shí)點(diǎn)關(guān)聯(lián)緊密，概念模型大有可為，學(xué)生要形成基本概念關(guān)聯(lián)，可以嘗試自己建構(gòu)概念模型，現(xiàn)在流行的樹狀圖、思維導(dǎo)圖等都屬于概念模型的形式，非常適合初學(xué)者熟悉知識(shí)點(diǎn)、構(gòu)建知識(shí)網(wǎng)絡(luò)。概念模型建構(gòu)好了可以讓學(xué)生明確很多生命觀念的內(nèi)容，模型中各層次的遞進(jìn)關(guān)系對(duì)思維提升也有幫助。

模型中也有要求較高的數(shù)學(xué)模型，包括光合作用呼吸作用速率影響曲線，生長素作用曲線，種群數(shù)量動(dòng)態(tài)變化曲線，DNA復(fù)制相關(guān)數(shù)量變化，遺傳病、基因頻率變化規(guī)律等。這部分模型不僅需要學(xué)生對(duì)知識(shí)有深入的了解，還要對(duì)數(shù)學(xué)模型的建構(gòu)方法非常熟悉，這樣的模型建構(gòu)對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的能力是很重要的。

三、模型建構(gòu)可以為情景化教學(xué)提供解決問題的模式

綜合生物發(fā)展的重大歷史事件，很多原理的發(fā)現(xiàn)、成果的獲得都不是偶然，都是在有效方法下堅(jiān)持不懈去努力取得的。從細(xì)胞學(xué)說的建立到DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建，從類比推理法到假說——演繹法，從光學(xué)顯微鏡下的顯微結(jié)構(gòu)到電子顯微鏡下的亞顯微結(jié)構(gòu)，從傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)到現(xiàn)代生物科技基因工程、細(xì)胞工程、胚胎工程、生態(tài)工程的發(fā)展。所有的發(fā)展離不開技術(shù)革命，技術(shù)手段的革新，離不開科學(xué)家在探索事物本質(zhì)、規(guī)律方面的不懈追求。有些研究的理論多少年都沒有變，但是隨著技術(shù)進(jìn)步為什么能不斷有新的研究成果呈現(xiàn)，這與科學(xué)的研究方法是分不開的。而面對(duì)層出不窮的新問題新情景，學(xué)生必須有有效的模式才行。

信息技術(shù)的快速發(fā)展為生物學(xué)課堂提供了諸如圖片、視頻、模擬實(shí)驗(yàn)等豐富多樣的教學(xué)資源，這些資源可以作為很好的模型建構(gòu)材料。學(xué)生通過收集、獲取各種資源中的有效信息，先找到對(duì)應(yīng)的知識(shí)點(diǎn)，然后建構(gòu)用于解決實(shí)際問題的模型。例如：大棚種植蔬菜時(shí)遇到陰雨天氣時(shí)怎么辦？我們一般采取的最簡單措施就是打開棚頂透氣等，我們用曲線圖來說明這一現(xiàn)象，透氣的目的是降溫，原理是光照強(qiáng)度弱，光合作用產(chǎn)生的有機(jī)物減少，降溫后呼吸作用減弱，積累的有機(jī)物可以增加。學(xué)生嘗試構(gòu)建不同溫度下凈光合作用隨光照強(qiáng)度的變化曲線就能達(dá)到目的。

四、模型建構(gòu)促進(jìn)學(xué)生進(jìn)行知識(shí)的內(nèi)化和塑形

不同學(xué)科有各自的學(xué)科特點(diǎn)、學(xué)習(xí)要求、學(xué)習(xí)方式、學(xué)習(xí)目標(biāo)，從目前生物學(xué)科特點(diǎn)來看，生物學(xué)科的發(fā)展對(duì)技術(shù)革新的依賴度越來越高，高中階段生物教學(xué)旨在培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)生物的興趣、熱情，了解生物研究的一些方法，為大學(xué)深造做好充分的準(zhǔn)備。目前，生物教學(xué)的誤區(qū)是學(xué)生找不到生物學(xué)習(xí)的規(guī)律，覺得生物學(xué)知識(shí)瑣碎、零散，特殊現(xiàn)象多，無法將理論與實(shí)際結(jié)合，抓不住事物本質(zhì)，把一些記不住的問題歸結(jié)于沒有記憶規(guī)律不方便記憶，忽略了知識(shí)生成才是記憶的最初來源。

生物課堂前幾年流行課堂范式的應(yīng)用，編者把不同類型、不同需求的生物課堂模式化，為一線教師提供范本，目的是給青年教師明確課堂的重點(diǎn)，流程設(shè)計(jì)的基本要素，這對(duì)教師授課來說是好事，固化的范式為教師省去了設(shè)計(jì)不同課堂的麻煩，讓教師有據(jù)可循，慢慢熟悉不同的授課模式，逐步形成適合教師風(fēng)格的教學(xué)特色。那教師為什么不能為學(xué)生的學(xué)習(xí)提供有效的模式呢？哪怕是固定的模式方法，學(xué)生只有逐步熟悉了生物學(xué)習(xí)的方法，才能發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)的竅門，真正發(fā)掘自己的學(xué)習(xí)潛能。學(xué)習(xí)能力強(qiáng)的人都有自己整理歸納知識(shí)的習(xí)慣，都能根據(jù)所學(xué)知識(shí)建立屬于自己的知識(shí)體系，這不就是建模的好處嗎？

有很多時(shí)候，教師在評(píng)價(jià)學(xué)生能力時(shí)經(jīng)常會(huì)說到“會(huì)讀不一定會(huì)寫，會(huì)寫不一定寫對(duì)，寫對(duì)不一定拿滿分”，這是目前教學(xué)與應(yīng)用脫節(jié)最有力的證據(jù)，究其原因，是學(xué)生沒有形成模型建構(gòu)的能力，固定模式的知識(shí)記憶是無用武之地的，必須能夠靈活運(yùn)用。所有有效的學(xué)習(xí)必須建立在學(xué)生能構(gòu)建正確的符合自身認(rèn)知規(guī)律的學(xué)習(xí)模型，在有效的模型里形成解決問題的模式，既要萬變不離其宗，又能以不變應(yīng)萬變。

學(xué)生通過不同生物學(xué)研究發(fā)展的學(xué)習(xí)，除了能了解生物學(xué)科的基礎(chǔ)知識(shí)，還能掌握基本技能，形成生物學(xué)基本思維。我們?cè)诮淌趯W(xué)生科學(xué)探究的方法，特別是實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方面知識(shí)的時(shí)候，總希望學(xué)生能走出條條框框的限制，開動(dòng)腦筋，形成自己的一套研究方法，現(xiàn)實(shí)中很多教師把連續(xù)的方法流程分成了獨(dú)立、方便記憶的知識(shí)點(diǎn)，這是不符合規(guī)律的，學(xué)生必須自己理解探究的各個(gè)環(huán)節(jié)，在體驗(yàn)時(shí)摸索出一套行之有效的設(shè)計(jì)模型，才能進(jìn)行推廣應(yīng)用。教師的教光有知識(shí)歸納總結(jié)還不夠，一定要提煉出有效的模型建構(gòu)方法出，讓學(xué)生參與知識(shí)建構(gòu)、方法建構(gòu)、模型建構(gòu)，這樣學(xué)生在遇到實(shí)際困難時(shí)才能有據(jù)可依，不至于畏手畏腳下不了手。

生物學(xué)是自然學(xué)科，尊重自然規(guī)律是前提，我們的教學(xué)不能光讓學(xué)生死記硬背、生搬硬套，培養(yǎng)學(xué)生解決問題的能力才是關(guān)鍵。如課堂范式一樣，不同的課型有不同的目標(biāo)、不同的要求，模型建構(gòu)在不同知識(shí)中也是不一樣的，教師在平時(shí)的教學(xué)中要善于提煉，并及時(shí)教會(huì)學(xué)生針對(duì)不同知識(shí)的有效模型，嘗試在不同情境中用建構(gòu)的模型去解決問題，這樣才能真正提升學(xué)生的生物學(xué)核心素養(yǎng)。