學生科學思維培養路徑研究

摘 要：新課標對高中生物教學目標和育人方向提出了新的要求，明確了科學思維的實質與內涵以及培養方向。模型建構是一種科學教學手段，科學思維是發展學生生物核心素養的基礎，將兩者相結合有助于提升實踐教學質量，達成教學目標。近年來，模型建構教學在教育領域中的應用越發廣泛，是一種體驗性極強的學習方法，可激發學生的學習熱情和潛在能力，引導學生逐漸走進學科深處，感知生物學趣味和魅力，助力學生的全面發展。文章闡釋了高中生物學模型建構教學對培養學生科學思維的重要作用，提出了在高中生物學模型建構教學中培養學生科學思維的實踐路徑，以期推動對學生科學思維的培養。

關鍵詞：高中生物學；模型建構教學；科學思維；培養研究

模型建構教學是常見教學手段和活動形式，在模型建構活動中可以幫助學生理解復雜抽象的知識點，從多角度啟迪學生智慧、拓展學生思維，引導學生借助觀察、分析、歸納、總結等思維方法分析和解決問題，逐漸走進生物學科深處，扎實掌握生物學知識[1]。教師要深入分析模型建構教學活動形式和特點，結合生物學科學思維內涵和學生學習水平，綜合考慮，積極探索培養學生科學思維、提升生物學教學質量的思路和方法，搭建新型生物學教育體系。促使學生在扎實掌握理論知識的同時，逐步提升專業素養，使學生能夠在后續的學習中對生物學知識進行準確判斷和推理。

一、概述

（一）模型建構教學

模型建構教學是一種教學手段和活動形式，需要結合具體生物學內容搭建生動情境，以情境為載體吸引學生關注，將概念模型、物理模型、數學模型等作為載體，幫助學生理解一些抽象復雜的生物學概念，引導學生將理論與實驗完美融合。模型建構教學強調重視過程式教學，主要采用搭建各類模型的方式，以形象模型為基點，幫助學生學習掌握知識，引發學生的自主思考。模型建構教學強調教學過程中關注學生的學習體驗，以學生為主體，以模型建構活動為形式，讓學生在具體活動和生動情境下，走進學科深處，體會知識內涵，利用具體模型降低學生學習難度和心理壓力，幫助學生找到適合自己的學習思路和方法，改變以往枯燥單一的學習模式。通過模型構建教學可促進師生、生生的互動，互動中，學生可以大膽闡述觀點、表達個性、展示能力。寬松自由的氛圍有助于激發和培養學生科學思維，讓學生與科學家思維產生共鳴。通過模型建構教學可以充分調動學生學習自主性，引導學生結合個人經驗和心理認知，挖掘事物本質和內在規律，將新舊知識點完美融合，促進師生、生生之間有效互動，打造趣味和諧的生物學課堂[2]。

（二）模型建構與科學思維

科學思維是生物學科核心素養的重要組成，學生需要在事實和證據的基礎上，運用科學思維，分析和認識事物、解決問題，形成嚴謹清晰的邏輯思維，養成自覺思考的習慣。在生物學教學中培養學生科學思維是教師需要關注的問題，也是教師需要重點完成的目標。在生物學科中培養學生科學思維的方式包括歸納概括、演繹推理、模型建構、批判創新等，學生需要在這些思想方法的指引下，探索生命現象及其內在規律，模型建構是其中重要組成部分。

通過分析科學思維定義與內涵，教師可以認識到培養學生科學思維的目標和效果。如果像以往一樣只注重課堂教學速度，一味加快教學節奏，不能給學生提供足夠的自主學習的時間和機會，很大程度上會限制學生邏輯能力和科學思維的培養。模型建構重點在于強調過程式教學和學生體驗感，這一特點與科學思維培養目標相同。構建模型本身也是一種思維方法，模型建構作為一種教學手段和活動形式，將其以合理靈活方式融入于高中生物學科教學中，與傳統教學模式相比具有明確指向性和綜合性，對于拓展學生思維、激發學生潛力具有積極意義。在引導學生建立、分析和使用模型進行學習的過程中，教師還要引導學生使用分析歸納、轉化綜合等思維方法將知識化繁為簡、化難為易，通過對模型中呈現的知識原型進行科學概括，實現思維和行動的高度統一。這種方式讓學生走進學科深處，深刻體會生物學奧秘和魅力，扎實掌握生物學理論知識、思維方法[3]。

二、高中生物學模型建構教學對培養學生科學思維的重要作用

模型建構教學作為一種教學手段和活動形式，其對于培養學生科學思維具有重要作用，具體表現在以下兩個方面。教師要積極轉變教學觀念和教學模式，精準利用模型建構思維方法設計教學方案，保證學生學習效果。

（一）有利于提高學生學習效率

在高中生物學體系中，模型建構教學可以重新定位教師和學生的關系，徹底轉變教師和學生之間的錯誤角色，體現和尊重學生主體地位，將教學重點放在過程中，給學生帶來舒適愉悅的學習體驗。在模型建構教學中，學生可以在教師指導和點撥下自主完成學習任務，實現由現象到本質、由具體到抽象的轉變，幫助學生在實踐活動中真正理解生物學概念，改變以往死記硬背的學習模式，在理解的基礎上學習和記憶，提升了學生的學習效果，優化了學生的學習體驗。模型建構教學能夠為學生提供舒適愉悅的學習感受，改變學生對于生物學科的刻板印象，降低學生的學習壓力和課業負擔，有助于學生保持積極樂觀的學習心態，讓學生在學習中獲得愉悅感和滿足感，防止學生因學業壓力過大而產生心理問題。

（二）有利于培養學生綜合素質

學生科學思維的培養不能只依靠某一方面，而是要綜合多方面因素考慮，通過模型建構教學可以全面鍛煉學生推理分析、歸納整合、邏輯架構等方面的能力，引導學生運用多樣思維方法，分析和解決問題。模型構建本身是一個探究的過程，學生需要在現有認知基礎上充分發散思維，構建合理模型，結合對舊知識點理解，學習新知識點，再探索新舊知識點之間的內在聯系，持續鍛煉思維活躍性、創造性和嚴謹性。學生在模型建構中遇到問題時，可通過小組合作探討原因，在頭腦風暴中互相啟迪智慧和思維，培養學生的科學思維、科學態度和科學精神。

三、高中生物學模型建構教學中培養學生科學思維的實踐路徑

（一）通過模型建構教學培養學生觀察和分析能力

培養學生科學思維最基礎的要求是鍛煉其觀察和分析能力，學生只有具備多角度觀察事物和分析規律的能力和素養，才能從根本上發現和解決問題，逐步走進深度學習領域，扎實掌握生物知識。生物模型會以實物或圖片作為載體，以直觀形象的方式描述對象特征[4]，模擬客觀事物功能形式，如細胞結構模型、蛋白質結構模型等，這就需要學生對構建好的模型具備觀察和分析的能力，不能只單純跟隨教師的思路去學習和思考。生物模型使知識形象化、直觀化，但學生如果不具備觀察和分析能力也無法實現理想效果。在高中生物學科中，教師要從實際教學內容出發，將學生科學分組，要求其在小組合作中完成模型觀察和分析任務。

例如，在人教版《DNA分子結構》教學中，此節課的教學重點是要求學生準確描述DNA分子結構主要特點，培養學生分析能力和科學思維。DNA分子是一個抽象概念，對于其結構的研究需要建構模型來實現，將抽象知識形象化。教師可以先給學生呈現課前準備好的材料，向學生提出問題，帶領學生回顧已學知識，如DNA組成單位是什么？以舊知識點引出新知識點。接下來，給學生發放堿基、磷酸和脫氧核糖模型，讓學生結合已有知識經驗和課前預習成果，利用這些素材建構4種脫氧核糖核苷酸模型。在學生的操作過程中教師也要給予適當引導，幫助學生順利完成模型建構任務，提示學生要將3-5磷酸二酯鍵連接，發現并及時糾正學生的錯誤。學生模型建構結束后需要分組展示，全班學生自由發表見解、闡述觀點，通過這種方式啟發學生智慧和思維，深化學生對DNA分子結構知識的理解、認知和記憶，達到培養學生實踐能力和科學思維的目標。為了進一步保證學生的學習效果，教師還可在活動結束后以概念圖的形式，梳理知識規律和內在聯系，幫助學生扎實掌握生物學知識、理解科學家的思維，為其今后學習更高難度內容奠定基礎。

（二）通過模型建構教學培養學生的比較和概括能力

模型建構教學中包括多種形式，其中概念模型是培養學生比較和概括能力的有效途徑。概念模型主要是針對一些文字表述起來比較抽象的概念進行解讀，通過建構概念模型可以幫助學生深入理解生物學理論知識，改變死記硬背的學習方法和記憶模式，促使學生在理解的基礎上，比較、概括知識點之間的聯系和規律，搭建完整清晰的知識結構。以嚴謹準確的思維作為引導，強化各個知識點之間的銜接，以培養學生比較和概括能力為基礎，促進學生科學思維的形成。在高中生物學教學中，教師要充分發揮現代教育技術和設備優勢，以多媒體等設備和技術作為載體，將生物學內容與概念模型相結合，借助現代教育技術，圖文并茂、動靜結合地引導學生比較、概括生物學結構及功能，在學生頭腦中形成清晰完整的思維邏輯和知識體系[5]。

例如，在人教版《基因與染色體關系》這一章節教學中，為了幫助學生理解“基因在染色體上時細胞學遺傳的規律”這一概念，教師可通過建構模型展開教學，引導學生運用基因與染色體相關知識，理解孟德爾遺傳規律性質。在課堂上教師還是要先將學生科學分組，通過多媒體給學生播放科普視頻，使學生初步理解孟德爾遺傳規律內涵和實質，在小組內探索其現代解釋方法，嘗試用生物學語言和思維邏輯進行闡述，通過此方式培養學生的科學思維。接下來教師可以列舉具體案例，以“人類遺傳病”為例，深入分析基因與染色體關系，學生需要通過案例分析，比較基因和染色體不同對遺傳概率的影響，概括人類主要遺傳病類型。在學生回答之后教師要及時給出評價，給予學生肯定，促使學生養成主動表達觀點的習慣，在良好習慣的引領下找到適合自己的學習節奏和方法，培養學生的科學思維，鍛煉學生的邏輯水平。

（三）通過模型建構教學培養學生綜合與推理能力

在高中生物模型建構教學中，數學模型是揭示問題本質的有效途徑。數學與生物兩門學科之間有著密切聯系，其在內在規律、思維方法等方面存在高度統一性。數學學科中很多思路和方法都可以運用于生物學科中，數學模型主要是用來描述一個系統或性質的數學形式，如種群數量增長曲線、酶的活性隨PH變化而變化的曲線等。數學模型與其他模型不同之處在于其有比較明確的建構步驟，在生物學科中，教師可引導學生根據指導完成模型建構工作，鍛煉學生綜合推理能力，為培養學生的科學思維奠定基礎。數學模型建構步驟分為觀察研究對象—提出問題—做出假設—設計實驗—記錄數據—進一步進行實驗觀察—對模型進行檢驗和修正。

例如，在人教版《建構種群增長數學模型》一課教學中，為了引導學生觀察不同狀態下種群數量增長變化趨勢，認識到理想狀態（即氣候適宜、無敵害等）對種群增長的重要影響，教師可帶領學生通過構建數學模型來進行推理分析。數學模型的構建主要是指數函數曲線圖的繪制，將種群增長呈現為“J”形曲線，學生在實踐中可準確觀察到具體變化，發現當種群內競爭加劇時數量增長會逐漸趨于穩定，由“J”形曲線轉化為“S”形曲線。在生物學知識教學中充分發揮了數學模型的功能及優勢，通過數學思想和函數圖繪制方法將抽象知識形象化，實現了跨學科教學的目標，有利于培養學生綜合、抽象、推理等多元化科學思維能力，是生物學中模型建構教學的重大突破。

（四）通過模型建構教學培養學生總結與歸納能力

高中生物學中涵蓋很多的知識點，對于學生總結歸納能力提出了較高要求，科學思維其中的關鍵部分。教師要借助模型建構教學鍛煉學生總結歸納的能力，激發學生自主學習意識，讓學生利用具體模型進行知識鞏固，將所學知識融會貫通，精準把握知識點間的規律和實質關聯，在解決問題時將生物學知識、思維和方法靈活運用。例如，在人教版《細胞基本結構》一課教學結束后，教師在布置課后作業時可將模型建構融入其中，要求學生在課后分組進行細胞結構模型的制作，明確組內分工，闡述制作思路和具體過程，在下節課堂上統一展示匯報。學生在構建模型時會自覺將課上所學內容進行總結歸納，明確自身的薄弱點，針對薄弱之處制訂學習計劃和具體目標，提升了學生自主學習意識和能力。還可以讓學生以建構細胞結構概念圖的方式進行書面整理，完整梳理所學知識，搭建清晰知識架構，加深學生對知識的掌握程度。

結束語

綜上所述，在高中生物學中運用模型建構展開教學是時代發展的必然趨勢。教師要深刻理解模型建構教學內涵、特點和功能，明確模型建構教學對學生科學思維培養的重要作用。在此前提下，積極探索高中生物學模型建構教學培養學生科學思維的科學思路和實踐路徑，打造現代化生物學教學體系和品質課堂，幫助學生扎實掌握生物學知識，引導學生將理論與實驗結合。教師要在實踐中總結方法、積累經驗，不斷創新模型建構教學，培養學生科學思維的方法，強化學生學習體驗，助力學生生物學科素養提升。

參考文獻

[1]欒璐.高中生物學模型建構教學培養學生科學思維的實踐路徑思考[J].高考，2020，（22）：87.

[2]朱瀟瀟.高中生物學教學中物理模型建構及其實踐研究[J].西北師范大學，2019（56）：21.

[3]張雄.高中生物學物理模型建構的教學現狀研究[J].華中師范大學，2018（74）：12.

[4]張穎.模型建構在高中生物學深度學習中的應用研究[J].揚州大學，2020（22）：2.

[5]萬占軍，盧永凱.高中生物學模型建構教學中科學思維培養的策略[J].今天，2022（12）：2.

本文系福建省中青年教師教育科研項目，福建教育學院資助（項目編號：JZ180248）研究成果。