高中生物模型構(gòu)建活動(dòng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)踐研究

吳丹

摘 ?要：模型建構(gòu)活動(dòng)能充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，進(jìn)一步發(fā)展學(xué)生模型思維、提升知識(shí)遷移和解決問題的能力。文章基于核心素養(yǎng)的理念，立足高中生物課堂教學(xué)，在對高中生物模型教學(xué)界定的基礎(chǔ)上，圍繞模型構(gòu)建活動(dòng)的有效開展進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，提出相關(guān)的策略，設(shè)計(jì)了模型構(gòu)建的一般流程圖，并在生物教學(xué)中積極實(shí)踐，以期為科學(xué)思維的發(fā)展和核心素養(yǎng)的培養(yǎng)提供一定思路和參考。

關(guān)鍵詞：高中生物;模型構(gòu)建;教學(xué)活動(dòng)

目前，高中生物課堂中經(jīng)常會(huì)用到模型建構(gòu)教學(xué)，由于學(xué)校的重視程度不足、課堂時(shí)間有限、模型建構(gòu)空間和材料的缺乏、教師理論和相應(yīng)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的缺乏、學(xué)生的參與度不高等因素的限制，學(xué)生模型建構(gòu)能力的培養(yǎng)和模型思維的發(fā)展也受到制約。

一、高中生物模型教學(xué)概念界定

人教版必修1《分子與細(xì)胞》中提出“模型是人們?yōu)榱四撤N特定的目的而對認(rèn)識(shí)對象所做的一種簡化的概括性描述，這種描述可以是定性的，也可以是定量的;有的借助于具體的實(shí)物或其他形象化的手段，有的則通過抽象的方式來表現(xiàn)”。生物模型主要包括物理模型、概念模型和數(shù)學(xué)模型等多種形式。這些模型的應(yīng)用能有效解決學(xué)生生物知識(shí)學(xué)習(xí)中存在的知識(shí)壁壘問題，突破重點(diǎn)和難點(diǎn)。

模型的應(yīng)用主要通過模型教學(xué)來實(shí)現(xiàn)，包括運(yùn)用現(xiàn)成模型的教學(xué)和構(gòu)建模型過程中的探究式教學(xué)。許多現(xiàn)成的模型具有直觀化、簡約化的特點(diǎn)，被廣泛運(yùn)用于生物學(xué)教學(xué)中。模型構(gòu)建教學(xué)基于模型的建構(gòu)性探究性學(xué)習(xí)活動(dòng)，是一個(gè)不斷形成、運(yùn)用和修正的過程，通過模型構(gòu)建活動(dòng)途徑來實(shí)現(xiàn)。模型構(gòu)建在高中生物教學(xué)中的應(yīng)用，就是將模型的構(gòu)建與生物學(xué)習(xí)內(nèi)容有效地結(jié)合起來，通過模型構(gòu)建活動(dòng)讓學(xué)生主動(dòng)參與到構(gòu)建模型的過程，利用已學(xué)過的知識(shí)進(jìn)行假設(shè)，將復(fù)雜的問題簡化，將抽象的問題具體化，使原型更加形象化，能表現(xiàn)出其本質(zhì)屬性，不斷發(fā)現(xiàn)問題，在教師的引導(dǎo)和學(xué)生的合作中不斷解決問題，提升認(rèn)知水平，建構(gòu)完整的知識(shí)結(jié)構(gòu)和體系，實(shí)現(xiàn)在模型建構(gòu)活動(dòng)中思維與行為的相統(tǒng)一。在模型教學(xué)中應(yīng)更注重模型建構(gòu)的過程和應(yīng)用模型去解決問題，形成模型思維。在高中生物模型構(gòu)建活動(dòng)中，教學(xué)不能脫離實(shí)際，需要給學(xué)生提供相關(guān)素材背景，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用模型去解決實(shí)踐中的問題。如在大社會(huì)背景下，人們所面臨的生活問題、科技前沿、依托社會(huì)熱點(diǎn)（如新冠肺炎）等實(shí)踐問題，需要運(yùn)用生所儲(chǔ)備的知識(shí)和形成模型思維通過搭建生物模型去解決問題。

二、高中生物模型構(gòu)建策略

（一）轉(zhuǎn)變觀念，改變教學(xué)方式和學(xué)習(xí)方式

高中生物模型構(gòu)建和運(yùn)用，通過小組合作，能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提升學(xué)習(xí)效率，促進(jìn)學(xué)生從淺層的學(xué)習(xí)深入到深度學(xué)習(xí)，打破傳統(tǒng)的接收式學(xué)習(xí)模式，提高學(xué)生對知識(shí)的遷移應(yīng)用能力。

讓模型教學(xué)法滲透到課堂教學(xué)中，首先教師要轉(zhuǎn)變觀念，重視模型教學(xué)。在實(shí)施模型教學(xué)之前，主動(dòng)深入學(xué)習(xí)模型教學(xué)理念和核心素養(yǎng)等相關(guān)理論，研究物理模型、數(shù)學(xué)模型和概念模型等生物模型，結(jié)合教學(xué)和學(xué)生的實(shí)際，將生物模型、學(xué)生素養(yǎng)培養(yǎng)和課堂教學(xué)進(jìn)行深度融合，對教學(xué)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，促進(jìn)課堂教學(xué)的方式改變。模型的構(gòu)建過程，要以人為本，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，教師不是獨(dú)立于學(xué)生之外的，要起引導(dǎo)和橋梁作用，促進(jìn)小組之間的相互合作;要搭建好的模型，要設(shè)計(jì)相應(yīng)的評價(jià)體系，進(jìn)行針對性評價(jià)，讓學(xué)生在獲得成就感的同時(shí)發(fā)現(xiàn)不足。

學(xué)生對模型不夠重視，認(rèn)知不夠系統(tǒng)，需要教師引導(dǎo)學(xué)生正確理解生物模型、明確構(gòu)建模型的意義，清楚搭建模型對知識(shí)的生成和知識(shí)體系構(gòu)建、知識(shí)遷移和運(yùn)用模型去解決問題的重要性，強(qiáng)化模型思想、形成模型思維。

（二）根據(jù)實(shí)際，搭建有效模型

依據(jù)模型的特征，建模活動(dòng)需要遵循科學(xué)性、直觀性、可視化、可行性、及時(shí)性、相關(guān)性、靈活性、美觀性等原則，結(jié)合具體的問題情境、實(shí)際條件等因素綜合考慮有效構(gòu)建生物模型。高中生物課堂主要分為新授課、講評課、實(shí)驗(yàn)課、復(fù)習(xí)課等，不同的課型有不同的特點(diǎn)，進(jìn)行模型構(gòu)建活動(dòng)有共性，但也要依據(jù)不同課型實(shí)施不同的模型構(gòu)建策略，同時(shí)要引導(dǎo)學(xué)生充分發(fā)揮自己的主觀能動(dòng)性，通過模型的構(gòu)建促進(jìn)學(xué)生知識(shí)的生成和模型思維的發(fā)展。

（三）拓展構(gòu)建模型活動(dòng)的途徑

通過提供生物模型的傳統(tǒng)教學(xué)，在一定程度上促進(jìn)學(xué)生模型思維的形成，但這遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了學(xué)生的求知欲。信息技術(shù)的革新可以促進(jìn)教育的變革，要充分發(fā)揮信息技術(shù)在教育領(lǐng)域的積極作用，彌補(bǔ)傳統(tǒng)手段教學(xué)的不足。隨著中小學(xué)硬件配套設(shè)施的建設(shè)，教室配備了便于操作、交互性強(qiáng)、可視化程度高的多媒體工具，如交互式一體機(jī)，輔助軟件“希沃授課助手”“希沃白板”“互動(dòng)課堂的移動(dòng)講臺(tái)”“心意答微課寶”“數(shù)字化信息系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室”等，這些多媒體為構(gòu)建生物模型搭建了平臺(tái)，為實(shí)現(xiàn)學(xué)生模型思維發(fā)展提供了可能。多媒體技術(shù)能夠輔助模型建構(gòu)教學(xué)，更直觀地展示微觀知識(shí)，使建構(gòu)的模型更準(zhǔn)確，對學(xué)生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)提供了一種新的思路。在高中生物教學(xué)實(shí)踐中，考慮學(xué)生的實(shí)際能力和水平，運(yùn)用傳統(tǒng)的方法、信息技術(shù)與高中生物模型教學(xué)深度融合，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，讓學(xué)生成為學(xué)習(xí)的主體，主動(dòng)參與知識(shí)的構(gòu)建，利用搭建的模型去解決問題。

學(xué)生最主要的學(xué)習(xí)素材是教材，但些遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了學(xué)生素養(yǎng)發(fā)展的需求。教師充分挖掘教材中顯性和隱性的模型素材資源和課外生活實(shí)踐素材構(gòu)建資源庫，并對素材資源進(jìn)行歸類和利用，在保證教學(xué)進(jìn)度的前提下進(jìn)行模型教學(xué)，探討交流，提升模型教學(xué)認(rèn)知應(yīng)用。模型構(gòu)建不受時(shí)間和空間的限制，在課堂外也可以進(jìn)行模型構(gòu)建，利于問題的解決。教無定法，模型教學(xué)可以與其他的教學(xué)方法和模式結(jié)合使用，提升課堂效果。

三、高中生物模型構(gòu)建活動(dòng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)踐

新課標(biāo)要求學(xué)生除了掌握必要的基礎(chǔ)知識(shí)，更要注重思維能力的培養(yǎng)和發(fā)展，掌握處理實(shí)際問題的方法。模型建立的過程就是一個(gè)科學(xué)探究的過程，在這一過程中需要根據(jù)已知的條件確定對象，設(shè)置未知并運(yùn)用科學(xué)規(guī)律，選擇研究方法，再檢驗(yàn)?zāi)Ｐ褪欠衽c實(shí)際一致，這對該建構(gòu)活動(dòng)的優(yōu)化具有重要的意義。

（一）建立生物模型

模型構(gòu)建活動(dòng)設(shè)計(jì)流程（如圖1）。

1. 模型準(zhǔn)備

首先讓學(xué)生對生物現(xiàn)象或生物概念有一個(gè)大致了解，明確所要研究的問題，通過設(shè)置情境、回顧相關(guān)的舊知識(shí)和學(xué)習(xí)的新知識(shí)，使學(xué)生在已有知識(shí)基礎(chǔ)上搭建模型總體框架。模型構(gòu)建活動(dòng)的準(zhǔn)備除了有知識(shí)準(zhǔn)備外，還需要構(gòu)建模型的相關(guān)材料的準(zhǔn)備，材料可以是實(shí)物素材、多媒體輔助素材等。此外，還要引導(dǎo)學(xué)生開拓思維，發(fā)揮團(tuán)隊(duì)潛能，讓學(xué)生選擇準(zhǔn)備更多的素材進(jìn)行模型搭建。

2. 建立模型

在模型建構(gòu)活動(dòng)中，首先要選取適當(dāng)?shù)哪Ｐ皖愋停伎嘉镔|(zhì)和事物之間的關(guān)系和異同，分析和總結(jié)事物的基本特征，利用所提供的材料提出假說，然后學(xué)生通過自主合作動(dòng)手實(shí)踐構(gòu)建模型。教師在此過程中要關(guān)注好學(xué)生構(gòu)建的過程和細(xì)節(jié)，把握動(dòng)向，發(fā)現(xiàn)問題，適當(dāng)引導(dǎo)解決。

3. 模型檢驗(yàn)修正

對模型進(jìn)行檢驗(yàn)，檢驗(yàn)初始模型的適用性和連貫性，修正誤差。在模型構(gòu)建活動(dòng)中學(xué)生可以在小組中展示他們構(gòu)建的模型，并表達(dá)他們構(gòu)建模型的想法，對學(xué)生展示的模型完成情況進(jìn)行多角度的評價(jià)，生生互評，發(fā)現(xiàn)問題并解決問題，最后建立正確的模型。

4. 應(yīng)用模型

模型構(gòu)建是形成模型思維的重要過程，幫助學(xué)生掌握知識(shí)并形成知識(shí)體系。模型方法不能脫離具體的實(shí)際，在建立正確的模型后需要運(yùn)用有效模型去解決實(shí)踐問題，在解決問題的過程中不斷修正模型，使得模型應(yīng)用更加廣泛，在此過程中會(huì)逐漸提升模型思維，從而到達(dá)質(zhì)的飛躍。在生物課堂實(shí)踐教學(xué)中，要結(jié)合具體的實(shí)踐問題，搭建模型去解決，潛移默化地滲透模型思維，讓學(xué)生學(xué)會(huì)運(yùn)用模型方法解決問題。

構(gòu)建模型要考慮在相似情境下的適應(yīng)性問題，通過模型調(diào)試對新問題進(jìn)行求解并對模型進(jìn)行改進(jìn)，同時(shí)對其結(jié)構(gòu)和功能進(jìn)行修改、加強(qiáng)和擴(kuò)展，使建模在連續(xù)循環(huán)過程中趨于科學(xué)。

（二）高中生物模型構(gòu)建設(shè)計(jì)的方法舉例

以“生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)—碳循環(huán)”為例，通過構(gòu)建物質(zhì)循環(huán)的概念模型，解決相關(guān)的生態(tài)問題。

1. 模型準(zhǔn)備

介紹和理解“生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)”的概念，引入實(shí)例碳循環(huán)，回顧生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、光合作用、化能合成作用和呼吸作用等相關(guān)知識(shí)，不同層次的生命系統(tǒng)是個(gè)輸入輸出開放的系統(tǒng);通過交互式白板課件提供關(guān)鍵詞（生產(chǎn)者、消費(fèi)者、分解者、呼吸作用、光合作用等）和相關(guān)聯(lián)系符號(hào)作為概念模型的搭建素材，并輔以適當(dāng)?shù)奈淖直硎觥?/p>

2. 建構(gòu)模型

教師先引導(dǎo)性提問：（1）碳循環(huán)的在自然界和生物群落的存在形式？（2）碳循環(huán)是發(fā)生在哪里的循環(huán)？循環(huán)形式是什么？（3）碳進(jìn)入生物群落的途徑？碳出生物群落的途徑？學(xué)生根據(jù)教師提問進(jìn)行假設(shè)并做出預(yù)判，然后搭建模型。（如圖2）。

3. 模型檢驗(yàn)修正

完成碳循環(huán)的概念模型后，生生互評、教師點(diǎn)評的方式對模型進(jìn)行檢驗(yàn)：碳進(jìn)入生態(tài)系統(tǒng)和出生態(tài)系統(tǒng)的途徑不全，需要進(jìn)一步修正和檢驗(yàn)，最后得到正確的模型（如圖3）。

4. 模型應(yīng)用。“溫室效應(yīng)”是目前有待解決的生態(tài)學(xué)問題，實(shí)質(zhì)上是生態(tài)系統(tǒng)中“碳平衡”被打破了。為維持“碳平衡”減少溫室效應(yīng)，需在搭建好的碳循環(huán)模型的基礎(chǔ)上，從產(chǎn)生溫室效應(yīng)的氣體來源和去向分析，聯(lián)系生活實(shí)際，通過減少化石燃料的燃燒、植樹造林和開發(fā)新能源等途徑減少溫室效應(yīng)。

生態(tài)學(xué)方面的問題除了溫室效應(yīng)的問題外，還有瀕危物種的保護(hù)、害蟲的監(jiān)測和預(yù)防、漁業(yè)的捕撈量、草原動(dòng)物的承載量等諸多問題，可以通過構(gòu)建概念模型、數(shù)學(xué)模型輔助分析解決相關(guān)問題，從而使生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能保持穩(wěn)定。生物模型不僅僅局限于解決生態(tài)學(xué)方面的問題，在遺傳學(xué)、細(xì)胞代謝、細(xì)胞增殖、生命活動(dòng)調(diào)節(jié)等問題上也具有廣泛的應(yīng)用，針對不同的問題情境和對象，需要搭建相應(yīng)的模型去解決問題。

運(yùn)用模型建構(gòu)法和高中生物教學(xué)有效融合，對模型構(gòu)建活動(dòng)教學(xué)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，在模型構(gòu)建活動(dòng)中引導(dǎo)學(xué)生搭建模型、運(yùn)用模型解決問題，這有利于提高學(xué)生形成基于模型思維解決問題的意識(shí)和方法。在實(shí)踐中遇到具體問題時(shí)，能夠用模型思維解決，突破障礙，增強(qiáng)探索新知的能力和解決實(shí)際問題的能力，最終形成運(yùn)用科學(xué)方法解決問題，有益于終身發(fā)展的能力。高考的變革側(cè)重對學(xué)生核心素養(yǎng)的考查，運(yùn)用模型建構(gòu)的教學(xué)實(shí)踐，突破重點(diǎn)和難點(diǎn)、抽象點(diǎn)，利于學(xué)生的高考，能提高學(xué)業(yè)成績。

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（責(zé)任編輯：莫唯然）