“雙新”背景下高中生物建模教學活動的實踐探索

安燁 _ 北京市第三十五中學

《普通高中生物學課程標準》對培養學生科學思維明確提出了模型與建模的要求。但是，在實際課堂教學活動中，由于課時緊、耗時多、可操作性不強、學生活動意愿低等原因，教師難以經常性、持續組織建構模型的教學活動。本文就高中生物教學實踐中如何開展“建模”教學活動進行探討。

1.模型建構助力學生自主預習

物理模型側重對生物學現象的模擬，可以將微觀的細胞和分子層面的結構或者過程簡化，學生通過制作物理模型可以形象直觀地把握事物本質特征，并在此基礎上對各要素、各個概念進行聯系和整合，最終將自我理解呈現和表達出來。但是，物理模型的制作往往需要準備材料，制作時間較長，不適合在40分鐘的課堂教學中開展。對于簡單淺顯、適合自學的內容，如真核細胞的結構和細胞膜的流動鑲嵌模型，教師可以將制作模型作為課前的預習作業，讓學生在家里充分準備、選取不同的材料制作模型，以了解不同細胞器的結構和功能。

教師要充分利用這些模型，將其作為課堂教學的資源。在課堂展示過程中，可以讓學生分析他人的模型，根據特點準確識別判斷是什么結構，也可以讓學生互相交流、質疑、評價模型。比如，有的學生提出模型結構不能看出細胞器，那么制作的同學就要從結構的特點和選擇的材料進行解釋；還有的學生會指出模型中不科學的地方，并提出改進建議。通過一系列的互動，讓學生的思維產生碰撞，有助于加深學生對生物學知識和概念的再理解，發展學生的批判性思維和交流合作的能力。

2.模型建構提升學生科學思維

高中生物學中的許多細胞和分子水平內容是微觀抽象的，學生不易理解。通過設計構建模型的活動，可以使之形象化，讓學生更易理解掌握。以高中生物學必修二第二章第一節“減數分裂”為例，減數分裂中染色體的行為和數量的變化，是動態變化的過程，抽象難懂。在教學中通常會選用動畫模擬視頻幫助學生更直觀形象地學習染色體的動態變化。但是，學生看懂動畫，能夠說出染色體行為的變化特點，并不代表真正理解。一旦要求學生以寫、畫、模型制作等思維外顯的手段呈現染色體行為變化過程時，就會暴露學生真正理解的程度和思維障礙的節點。因此，教師可以先展示精原細胞減數分裂的真實錄像，讓學生對減數分裂有初步的直觀體驗，然后按小組準備好8根兩種不同顏色的扭扭棒，要求學生開展小組合作，用扭扭棒模擬構建精原細胞形成精子過程中每個時期染色體的變化特點。

根據學生構建模型的過程中出現的錯誤，教師可以發現學生的理解障礙和誤解，隨時對學生進行評估反饋。比如，有學生用兩條不同顏色的扭扭棒捆在一起來表示一條染色體的姐妹染色單體，或者制作的同源染色體形態不一樣，這都體現出學生對于姐妹染色單體和同源染色體概念的實質理解錯誤。作為教師，我們應該抓住學生這種典型錯誤認知的契機，調動學生小組之間的評價交流，讓學生和學生之間進行思維碰撞、互相講解，了解姐妹染色單體和同源染色體的差異。

3.模型建構反饋學生學習成果

有些學習內容相對難度稍大，學生容易出現理解錯誤，教師可以在授課后，布置制作模型的個性化作業，用以檢驗學生的理解程度。比如，高中生物學必修二中的制作DNA分子的雙螺旋結構模型，如果在課前布置，學生容易忽略DNA分子結構的細節特征，更關注雙螺旋的空間結構的構建。在課堂教學后，再布置建構模型的作業，就應明確要求學生利用家中材料，動手制作DNA分子的雙螺旋模型，呈現出DNA反向平行和堿基互補配對等主要特征。教師可以根據學生模型中出現的錯誤，有針對性地進行反饋和糾正。在這個過程中，學生不僅能夠掌握DNA分子的結構特征，對模型的深入分析和反思修正，也更加體會到構建模型的研究過程和方法，真正將科學探究和科學思維等核心素養落在實處[1]。

4.模型建構促進核心概念及生命觀念的形成

生命觀念是生物學科核心素養之一，學生形成生命觀念要以事實性知識和概念性知識的教學為基礎。但是，我們不能機械地告訴學生生命觀念是什么、有什么，學生說出結構和功能觀、穩態與平衡觀、物質與能量觀等名詞，并不理解生命觀念的內涵與外延，無法利用這些生命觀念指導探究生命活動規律、解釋生活中生物學現象，解決實際問題。其實，學生更容易接受的是事實性知識，需要教師持續的努力，用一個或多個單元的教學安排逐漸完成。教師可以引導學生通過探究、構建模型、資料分析等教學活動，構建一節教學內容的概念模型。但是，學生學習過一個單元、一章內容后，知識與知識間的聯系、概念與概念間的邏輯體系需要學生進一步的總結歸納、比較分析和整合，構建合理的具有個性、邏輯性的知識框架，形成系統的概念模型。比如，人教版高中生物學必修一“分子與細胞”的教學過程中，學生通過構建真核細胞的結構與功能知識框架和細胞的分子組成知識框架，能深刻體會到結構與功能觀、生命的系統觀與物質觀。

通過以上分析可以看出，學生的生命觀念是在眾多概念性知識積累、構建知識框架和概念體系的基礎上逐步形成、不斷深化的。如果我們能夠持續地進行模型構建的訓練，每章節都要求學生進行知識框架的總結，同時將優秀作品以多種方式呈現交流，那么學生習得的不僅是章節知識、概念、生命觀念，更能夠形成、固化構建模型的科學思維。由此，多方面實現學生生物學科核心素養的落地。■