生物學模型構建的情景體驗式教學

左開俊?陳海萍

［摘要］ “模型構建”情景式教學作為一種教學模式和教學活動，旨在通過可視化、可操作化的形式階梯性呈現教學內容，幫助學生不斷思考與體悟，使生物學科核心素養的學習活動真正發生。以“核酸是遺傳信息的攜帶者”一節教學內容為課例，錯落有致地展現模型構建教學的情景式設計，剖析模型構建情景式教學的實踐模式。

［關鍵詞］ 生物學模型構建；情景體驗式教學；DNA的結構

情景體驗式教學是一種借助直觀的形設或場景，通過可視化或可操作化的感官刺激，引領學生從認知、情感、身體三個維度建構深度學習的教學方法。而模型構建作為一種動態化、直觀化的呈現樣態，不僅能使學習內容以層級式、梯度式的方式詮釋，而且還完美地契合情景式教學“多維呈現”的立體式特質。借助生物學模型構建開展情景式教學，能讓學生依托模型構建這種普適的直觀形式，有序地、漸進性地獲取抽象的知識，幫助其跳出泛泛“普灑”的外在形式，進而在真實的情景中獲得高峰體驗認知并完成身心體悟交流，使知識在腦與手的交互策動中逐漸變得有寬度、有廣度、有溫度。

一、模型構建情景體驗式教學的意義與原則

《普通高中生物學課程標準（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱“新課標”）在“教學建議”中強調：教學中要高度重視學生的實踐環節，力求為學生提供更多的動手實踐機會。教師應創造條件讓學生參與調查、觀察、實驗和制作等活動，引導學生從生活經驗中發現和提出問題，學習有關概念、原理、規律和模型，應用有關知識分析和解決實踐中的問題。根據新課標要求，筆者發現以活動體驗為平臺的模型構建教學應具備以下四個層次的要求，才能體現該教學模式的建構價值與創新意義。第一，創設的情景活動應符合學生認知，具有交流互通、探討交織、獲得啟迪的特質，能激發師生互動、生生互動的潛質，促進知識共享和實現高峰學習體驗。第二，創設的情景活動應以“模型構建”為載體，要能自由發揮學生的自主性、能動性和創造性。充分體現學生的主體地位，凸顯學生才是導演者、主演者的雙重角色。第三，以模型構建為認知載體的情景活動，旨在依托模型構建這個平臺，交互整合新舊訊息去幫助學習者獲取解決新問題的情境體驗歷程。第四，創設的情景活動應具有知識獲得、能力發展、人格完善的功能，能充分體現個體在活動教學中的作用，是促進學生整體發展與實施素質教育的途徑。

二、模型構建情景體驗式教學的實踐模式

（一）模型構建的情景體驗式教學實施環節

“模型構建”作為一種通過構思與建構呈現科學思維進階的教學模式，重點應著眼于學生對學習內容的深刻理解和學科核心素養的深度探究。以模型構建為主題的情景體驗式教學，其實施程序為：構建學習共同體，鼓勵探究發現；創設模型構建情景，促進體驗生成；修正模型構建，匯報交流分享。此三個環節成遞進式演化，前者是后者的基礎，后者又是前者的延伸。

1.構建學習共同體，鼓勵探究發現

所謂學習共同體就是根據學生的興趣與喜好，自發性組建的學習小組。這種民主式的自我組建模式，能充分凝聚每個團隊亟須解決的問題，以及應承擔的責任與擔當。這種自我凝結的責任與擔當，會深層次地凝聚彼此間的信任與支持，真正形成意志堅定、目標專一的學習發展共同體。新課標在“實施建議”中倡導：以探究為特點的教學不僅會直接影響核心素養中“科學思維”“科學探究”的落實，也會間接影響另外兩個核心素養的達成。所以，以學習共同體為學習單元，在探尋和解決實際問題的過程中，應以初次情景體驗獲取的淺層次知識為基礎，深入鉆研和思索其內涵與外延，為學生的自主性探究提供可深度追尋的路徑。其間，教師可以依托“模型構建”活動，將全班分成4-5個學習共同體，每個學習共同體既可集中研究同一主題，也可僅探討某一主題的特定方面。在引領學習共同體開展活動的措施上，可通過抽簽的方式決定子活動的落實，學習共同體中的每位同學甚至可以專攻某一特定的二級子主題，進行分析和探究，擴展和深化“體驗”過程。教師在構建情景體驗式活動教學時，一方面要充分考慮學生的認知層級、融合學生的生活領悟，爭取實現知識與活動的零隔閡、情感與價值觀的零分歧；另一方面嚴格遵守科學原則和實施規范，以便做到有章可循。

2.創設模型構建情景，促進體驗生成

情景一般指通過符號、工具、信息等與人之間建立起來的一種氛圍，該氛圍的建立要避免活動的形式化和娛樂化。模型構建活動教學的情景設置，是以模型構建的可視化或可操作化為核心內容，驅動教學目標、教學內容以情景體驗的形式展開落實。模型構建情景式教學的動力是探究，核心是體悟。具體解釋就是要由淺入深、由點到面、由表及里地讓學生從感性體驗中達成理性思考，從表觀刺激中完成知識建構。在開展模型構建情景式體驗教學時，一方面營造出引導、接納、尊重、信任、平等的氛圍，才能使學生在良性的格局中主動參與、自主發現、手腦并用、收獲啟迪；另一方面以小組為活動單位，成員間互助互信，凸顯活動的張力與感染力，烘托出積極向上的學術氛圍。

3.修正模型構建，匯報交流分享

新課標在“學科核心素養水平劃分”中強調：針對特定情景提出可探究的生物學問題或生物工程需求；運用多種方法如實記錄，創造性地運用數學方法分析實驗結果；能夠在團隊中起組織和引領作用，運用科學術語精確闡明實驗結果，并開展交流。在模型構建的情景式教學過程中，學習共同體的探究過程既是一個實踐與理論并集、知識與認知共建的遞進過程，也是一個模糊到清晰、淺化到深入的曲式進程。模型構建是分析解決問題的可視化“心理結構”，是模塊化的知識，也是解決問題的思維公式。在構建完成一個模型之后，仍需通過應用強化學生的模型化思維，由已知推未知，理解現象中所蘊含的趨勢；把復雜問題簡單化，估計模型在真實情境中蘊含的“隱形信息”，并預測未來。因此，在借助模型構建實現教學任務時，教師要組織每個學習共同體將探究的結果通過分類、提煉、加工形成成果，以便分享、交流。這樣做有助于從科學本質的視角，幫助學生了解科學知識產生的特點，輔助學生建立生物學的生命觀念，并以此來辨別現實生活中的科學和非科學，促進其科學素養的養成。

（二）模型構建的情景體驗式教學案例呈現

“核酸是遺傳信息的攜帶者”的教學重點應為“概述核酸由核苷酸聚合而成，是儲存與傳遞遺傳信息的生物大分子”。基于此，本節教學內容就可以連貫成三個部分，即核苷酸→核苷酸鏈→儲存和傳遞遺傳信息的大分子。在內容設計上，教師應從學生的知識基礎、心理特點和認知規律出發，針對高中生的思維特點、興趣指向和接受能力尋找解決途徑。教師要敢于把課堂教學與模型構建活動有機結合起來，注重學生的個性與興趣，發展其特長，培養其能力。作為一種能直觀呈現事物表象與內在本質特征的思維方式，模型構建能促進學生對事理的分離，從生物學事實現象等表象深入內在“義理”。

根據以上對情景教學含義的分析和模型構建情景教學的實踐模式陳述，下面以高中新教材必修1“核酸是遺傳信息的攜帶者”一節教學內容為例，從模型構建的視角，展示和呈現情景教學的全過程。

1.構建“核苷酸”類比模型的情景體驗

類比模型就是借用類似形象，建立在分析現象與認識機理基礎上的模型，通俗地講，類比模型就是基于相似屬性，用人們熟悉的事物類比和表征不熟悉的事物。

第一步，教師展示腺嘌呤核糖核苷酸和腺嘌呤脫氧核糖核苷酸的化學結構式，引導學生仔細觀察兩個核苷酸的化學結構式。啟發學生：如此煩瑣的化學分子結構式，對于現階段還缺乏相應化學知識的我們，應如何避開這些化學知識，簡單地將核苷酸的結構式表達出來？然后，通過各學習共同體的討論，決定將核苷酸中的磷酸用圓替代；脫氧核糖和核糖用五邊形替代；腺嘌呤用長方形替代。最后，學生進行想象、理解和推測，分別用紙片或紙板等剪出相應的圖形，并用膠水相粘接。

第二步，首先，教師展示腺嘌呤核糖核苷酸和腺嘌呤脫氧核糖核苷酸的化學結構式推導出的核苷酸結構簡式，引導學生思考核苷酸中的五碳糖有幾種。啟發學生：如何在核苷酸結構簡式的基礎上，突出脫氧核糖和核糖？然后，通過各學習共同體的討論交流，得出一致意見：為了突出核苷酸中五碳糖的種類，在五邊形的2號碳上畫個“OH”，表示“2號碳上的氧沒有脫去”，即為核糖；在五邊形的2號碳上畫個“H”，表示“2號碳上的氧已經脫去”，即為脫氧核糖。最后，學生根據自己的理解和歸納，分別用鉛筆在自己制作的紙質五邊形的相應位置寫上“-OH”和“-H”。

第三步，教師先展示腺嘌呤（A）、鳥嘌呤（G）、胞嘧啶（C）、胸腺嘧啶（T）/尿嘧啶（U）四種堿基，引導學生思考核苷酸的種類。然后啟發學生：通常情況下，DNA特有的堿基是T，RNA特有的堿基是U，幫助學生刪除因為數學思維而多得出的2種核苷酸。最后，學生根據自己的理解及教師的提示，分別連接出8種核苷酸粘黏在白板上，并分別寫上各自的名稱。

2.構建“核苷酸鏈”類比模型的情景體驗

教學過程：教師根據學生在白板上展示的一排脫氧核苷酸，以及另一排核糖核苷酸，引導學生思考：如何將其連接成脫氧核苷酸鏈和核糖核苷酸鏈？核苷酸和核苷酸之間任意連接方式有幾種呢？這些任意的連接方式中，哪一種是與事實相符的？然后，每個學習共同體根據團隊討論形成的共識，用紅筆分別將一個核苷酸中五碳糖的3號碳與另一個核苷酸中的磷酸相連。此時，教師可提示學生連接的鍵俗稱為磷酸二酯鍵。最后，教師總結：一般情況下，DNA是由兩條脫氧核苷酸鏈組成的，RNA是由一條核糖核苷酸鏈組成的。

3.構建“儲存和傳遞遺傳信息的大分子”類比模型的情景體驗

教學過程：首先，教師根據學生在白板上展示的一排脫氧核苷酸（為了方便排序，可以用4個），引導學生思考連接成的脫氧核苷酸鏈有幾種？啟發學生：能否利用數學概率思維，最終形成一種概率模型？每個學習共同體根據教師提示，進行討論、親手排序，最終形成共識，得出概率模型（如下圖）。最后，教師總結：核苷酸構成的大分子中，核苷酸（即堿基）的排列順序代表著核酸中蘊藏著的遺傳信息。

三、教學反思

基于生物學模型構建情景體驗式教學，旨在通過模型構建對物質的結構和功能進行剖析，既有利于具體教學目標的確定和把握，又有利于根據不同物質的特點構建不同的模型，切實提高模型教學的實效。教師在設計教學活動時，應充分挖掘和利用教材中可運用模型方法教學的內容，考慮學生的實際能力和水平，促使更多學生參與。運用模型構建培養學生的形象思維和邏輯思維，鼓勵學生結合已有認知，大膽提出假說，并用實驗對假說加以驗證，使模型構建真正成為學生分析和解決問題時心智操作的工具。

[本文系江蘇省教育科學“十二五”規劃課題“基于科學方法的中學生物模型教學策略的研究”（項目編號：D/2015/02/173）和“十三五”規劃課題“聚焦農村中學‘導學教學’的生物探究式教學研究”（項目編號：JS/2019/ZX1315-08484）研究成果]

［參考文獻］

［1］管曉青.微課介導下的初中生物學情境教學[J].中小學班主任，2020（08）.

［2］左開俊.基于模型構建的支架式教學研究——以“生態系統的物質循環”為例[J].生物學通報，2021，56（08）.

［3］丁奕然.堅壁清野與生命關懷：實踐育人表述的建議——記與《中小學班主任》同成長的故事[J].中小學班主任，2022（03）.

左開俊? ?江蘇省震澤中學，教授級中學高級教師。

陳海萍? ?江蘇省江陰長涇中學。