美育視域下的高中生物學建模教學探索與實踐

摘要：本文結合生物學學科特點和學生全面發(fā)展的時代需求，就如何在美育視域下開展高中生物學建模教學進行了實踐和思考，通過建構基礎模型和進階模型，培養(yǎng)學生發(fā)現美、欣賞美、創(chuàng)造美的能力，發(fā)展生物學核心素養(yǎng)，實現從美育到互育，進而從學科教學走向學科育人。

關鍵詞：美育；生物學建模教學；模型建構

文章編號：1003-7586（2024）03-0005-03 中圖分類號：G633.91 文獻標識碼：B

《中國教育現代化2035》提出要更加注重全面發(fā)展。大力發(fā)展素質教育，促進德育、智育、體育、美育和勞動教育有機融合，明確指出“五育”融合的教育發(fā)展目標。其中，美育是審美教育、情操教育、心靈教育，也是豐富想象力和培養(yǎng)創(chuàng)新意識的教育，能提升審美素養(yǎng)、陶冶情操、溫潤心靈、激發(fā)創(chuàng)新創(chuàng)造活力，是“五育”的核心之一。高中生物學教材蘊含著豐富的和諧美、理性美、科學美、社會美等美育內容，是實現審美教育的良好載體，也是促進“五育”融合的重要支架?；诖?，本文以“細胞的基本結構”單元為例，以模型建構來促進美育的滲透，幫助學生形成生物學概念，發(fā)展生物學學科核心素養(yǎng)。

1 美育視域下的高中生物學建模教學模式

模型是人們?yōu)榱四撤N特定的目的而對認識對象所做的一種簡化的、概括性的描述，包括物理模型、概念模型、數學模型等。人教版高中生物學教材的表層結構是指各種精心設計的教材的“功能模塊”及其相應文字或圖表的呈現形式，主要有“問題探討”“科學方法”“思維訓練”“探究·實踐”和“思考·討論”等。生物學教學中，教師可以從教材表層結構人手，深度挖掘教材中的美育內容，精選教學載體進行建模，并對模型進行修正分析。在建模過程中，教師要學會在“美育”中發(fā)現、滲透、落實“五育”，也要學會在“五育”中認識、把握、實現“美育”，從而更好地落實生物學核心素養(yǎng)。筆者結合自身教學實踐，優(yōu)化出的美育視域下的生物學建模教學模式（見圖1）。

2 美育視域下的生物學建模教學課堂實踐

2.1 以概念模型，思理性關

概念模型是指運用語言、符號和圖形等形式，對真實的系統(tǒng)信息進行抽象和簡化。生物學建模教學中，教師需要關注學生的最近發(fā)展區(qū)，在前概念的基礎上，引導學生對相關實例進行歸納和概括，并繪制出思維導圖或流程圖等?！胺置诘鞍椎暮铣膳c運輸過程”這一教學內容中，教師可以引導學生閱讀教材“思考·討論”欄目中的相關材料，回憶能夠合成及加工蛋白質的場所。學生根據教材中的“豚鼠胰腺腺泡細胞分泌蛋白形成過程圖解”對結構進行排序，初步建構流程圖，再依次探究各部分結構中的物質變化并進一步完善流程圖（見圖2）。

通過建構概念模型，學生的思維由感性走向理性，能夠由表及里的感知概念，進而初步建構生物學概念。在此過程中，學生充分感悟知識的邏輯美和層次美，深化知識內在的聯系，將相關知識生成出一幅具有理性之美的作品，這也是美育在生物學建模教學中最直接的體現。

2.2 以物理模型，感和諧美

物理模型是指以實物或圖畫形式直觀表達認識對象的特征。教材中有比較多的細胞亞顯微結構、固定裝片等觀察型實驗，物理模型的建構可以幫助學生直觀理解這些概念?！凹毎幕窘Y構”的單元教學旨在幫助學生明確“細胞各部分結構既分工又合作，共同執(zhí)行細胞的各項生命活動”這一重要概念。在實際教學中，教師可以引導學生先自學細胞的基本結構，再以小組為單位精選材料、分析結構比例、建構真核細胞的三維結構模型。教師給予學生多元化的評價量表，引導學生綜合考量模型的科學性、環(huán)保性和美觀性，幫助學生進一步修正優(yōu)化出較為完整的細胞結構模型，形成的生物學概念學習框架，如圖3所示。

在整個建模過程中，學生全身心投入情感、思想，充分感受物理模型的直觀美、結構美、微觀美，同時體會小組合作中的協(xié)作美。教師最終將美育內化為學生認可的和諧之美，也將勞育與美育融合，實現共育。

2.3 以數學模型，品科學關

數學模型是指運用數學工具和方法對生物學現象的內在規(guī)律進行抽象和概括，得到特定的數學關系，并通過數學關系解決實際問題和對事物的發(fā)展進行預測的思想和方法。高中生物學教材中常見的數學模型有曲線圖模型、表格模型、集合模型、公式模型等。教師可以引導學生將抽象的概念轉換為直觀的曲線圖等。通過不同模型之間的切換，改善學生的學科認知，強化其鑒賞生命美、自然美等生活之美的能力。學生在學習過程中，能夠比較不同模型之間的優(yōu)缺點，明確美的含義，正確判斷出什么是美，并可以用科學的視角辨美。

在分析“分泌蛋白合成及分泌過程”中的圖形時，教師可以根據不同的教學需求，切換合適的模型。若要定性研究分泌蛋白的轉移途徑，則繪制細胞模式圖；若要定量研究分泌蛋白的轉移途徑，則對細胞器同位素標記后繪制曲線圖，如圖4所示。教師應注重引導學生對模型進行切換，透過不同的模型多角度地欣賞生命美和自然美，幫助學生構建審美心理，增強形象思維能力，體驗美之變化。

2.4 以模型之應用，悟關之價值

美育的核心是以美育人，以美化人，以美潤心，以美培元。生物學的發(fā)展建立在科學家堅持不懈地研究和探索之上，教師可以結合生物科學史進行建模，讓學生體會科研過程的創(chuàng)新美和科學家孜孜不倦的科研精神美，樹立并追求美的人生觀、價值觀。學生通過應用模型，能夠在與生活、科技、情感、社會的關系中，逐漸成為有科學知識、實踐能力、文化素養(yǎng)和社會擔當的人。例如：在人教版普通高中教科書《生物學·必修1·分子與細胞》第3章第1節(jié)“細胞膜的結構和功能”中，教師可以引導學生以時間軸的形式，對科學家的探索歷程進行闡釋，構建概念模型（見圖5）。

教師可以結合教材課后習題中的“脂質體”這一素材，設置基于真實生活情境的問題或探究性學習活動，讓學生在能夠深刻地理解生物學概念的基礎上，運用生物模型解決實際問題，實現模型的升華，從而體會到科學家的人格美，增強科學探究精神、創(chuàng)美能力和社會責任感，實現藝術素養(yǎng)和人文素養(yǎng)的綜合發(fā)展。

3 總結反思

模型往往具有動態(tài)性，會隨著科學理論的更新而改變。因此，在實際教學中，建模后教師還需對模型進行實驗求證和評估完善。一般情況下，學生不能建構較為完美的模型，因此教師需要引導學生在模型的實踐應用過程中發(fā)現問題、做出假設，并基于新的證據質疑、反思，不斷修正優(yōu)化模型。通過建模教學，學生的關鍵能力、必備品格、情感態(tài)度等核心素養(yǎng)都得到一定程度的升華，這不僅僅是美育的單方面體現，而是德育、智育、體育、美育和勞育的互育互融。

總之，在高中生物學建模教學中，教師應注重幫助學生陶冶情操、發(fā)展個性、啟迪智慧、發(fā)展創(chuàng)新意識和創(chuàng)造能力。同時教師應秉承全方位的育人思想，將美育融入到其他教育中，建立出以德為先、以智為本、以體為徑、以美為核、以勞育為重的“五育”融合建模教學框架，從而全面提升學生的素質。

基金項目：福建省廈門市教育科學“十四五”規(guī)劃2023年度立項課題“五育融合視域下的高中生物單元教學設計實踐研究”（23047）。