高中生物教學中模型建構的價值與實踐探究

梁慧

摘 要：為充分調動高中生學習生物的積極性，教師需要加強對模型建構教學方式的有效應用，其中生物模型能夠從概念建模、物理建模、數學建模等方面完成知識內容的構建。通過生物模型的有效建構，有利于從多維度對高中生開展教學指導，對高中生學習興趣的激發和學習效率的提高也有極大幫助。基于此，文章對有效開展高中生物教學中模型建構的價值與實踐策略做進一步探究分析。

關鍵詞：高中生物教學；模型建構；價值；實踐

高中生物作為一門自然類學科，建立模型作為其中一種有效的教學探究方法，借助生物模型的建構，可以推動高中生的認知發展，助力高中生有效掌握和應用生物學習的工具，確保高中生能夠沉浸在解決生物問題的教學活動之中。在實際教學中，教師應該有效引導高中生在建立模型的過程中，對生物學科知識進行系統化掌握，以此來形成建構生物模型的能力。通過教學實踐不難發現，模型建構是一種較為高效的教學方法和教學手段，有助于快速提升高中生的學習能力、學習態度，促進情感培養和知識掌握。在大幅地提升學習便捷度的前提下，更有助于學習效率和教學效率的全面提高，具備較為優良的發展前景和教學價值。

一、高中生物教學中模型建構的價值

（一）有助于學生自主學習能力和思維能力的培養

在開展高中生物教學的過程中運用模型建構，能促進學生學習生物能力的有效發展，讓其更好地對生物學科的基礎內容與體系里的要點進行理解與突破，對高中生生物知識體系的構建有著非常積極的作用。在學習時，高中生若想更好地建立生物概念和其相互間的聯系并充分理解，只是依靠自身的記憶是很難實現的，因此，想要有效地進行建構就離不開具體模型的幫助。如若高中生可以清楚地認知全部的模型，那基礎知識的學習對其而言就是非常簡單的。不但能使其對教材內容有充分的理解，還能充分提高認知水平，讓高中生在進行問題的考慮時學會使用抽象邏輯思維，使其對問題的思考不至于太過片面簡單，從而有效提升其獨立思考的能力。

（二）有助于學生有效掌握生物學習的工具

學生借助模型建構這種工具的幫助，還能進行新規律或新概念的遷移學習。生物模型能夠從生物知識的演繹中獲得，又可以反過來學習新的生物學科知識。若學生對建構生物模型的方法能夠有基本的掌握，同時在實際學習生物知識時可以生成模型并進行運用，那說明對于這種較好的學習工具學生已經能夠基本掌握。掌握了這種工具，學生在學習生物概念及運用生物規律時就可以做到融會貫通，遇到類似的問題時也能依靠自己解決，建立完備的知識系統，使學生的科學素養得到顯著提升。

（三）有助于學生科學探究能力提升

在建構模型時，學生要簡化原型，把原型與模型的重要特征有效進行聯系。例如，在進行概念模型的建構時，學生可進行有關概念與知識的聯想，可以通過一些內在關系進行聯系，由中心出發，向著其他方向發散，或是綜合一些概念、知識、屬性等，這就離不開思維的系統性與靈活性。這種模型建構方式的教學使高中生獲取知識的有效途徑發生了轉變，使思維品質得以有效提升，對于培養學生的創新思維是非常有利的。此外，學生在進行自主建構時，對于建構模型在實際學習中的意義有著深刻的體驗，通過模型建構進行良好知識體系的建立，并且從中學會怎樣運用模型建構去對問題進行研究、解決，使其運模、建模能力得到充分提升，尤為重要的是使其科學探究能力與生物學素養得到顯著提高[1]。

二、高中生物教學中模型建構的有效策略

（一）建構生物概念模型，提升學生的知識體系構建能力

1.建構生物文字性概念模型

高中生物很多知識的抽象性與概念性都是比較強的，對抽象思維能力還較為薄弱的部分高中生而言，想要清楚理解并掌握知識是較為困難的。而概念模型就可以很好地解決這些問題，概念模型也叫作抽象模型，是利用文字的方式來概括某種事物的本質，然后運用大量學生認識的對象開展形象、具體的分析，并通過模型的建構將與生物學有關的重要外延知識、關鍵內涵、核心概念等進行抽象描述，對本質特征進行揭示，并且進行分類與總結，再使用箭頭、線條、文字等對部分特征或各種特征間的聯系進行概述與表達。它不但是生物教學構建生物模型的一種主要途徑，也跟學生實際的認知發展與學情相契合。概念模型通常都是以概念圖的方式來呈現，通過圖示與文字幫學生更好地分析事物的本質，促使其掌握能使用抽象的方法對生命變化現象與生物概念進行描述的能力。此外，還可以用命題的形式深刻體現概念間的聯系和意義，有效進行概念模型構建，幫助學生對生物概念的相關性有更深刻的理解和掌握，讓學生更為完善地進行生物學知識體系的構建，促使其理解與運用生物概念知識的能力得以顯著提升。尤其是對于那些繁雜、抽象的生物學知識概念，都可以通過這種直觀的方式來呈現，使學生學習生物的效果得到顯著提升[2]。

例如，在講解高中生物選擇性必修1《植物生命活動的調節》中有關“植物生長素”的相關概念時，教師就可以利用多媒體將植物生長素的相關教學視頻資料播放給學生看，如達爾文的實驗、鮑森·詹森的實驗、拜爾的實驗、溫特的實驗等內容，通過生動形象的視頻演示引導學生有效總結生長素的發現過程、產生過程、實際分布、運輸方式、生理作用、實際應用等，掌握植物激素的相關內容，最后進行生物系統概念模型的有效構建。相比于傳統的灌輸式概念講解，這種生物概念模型的構建教學法，更有助于高中生對各概念知識點間存在的關聯性，更系統、更加直觀形象地演繹推理、歸納概括出來，以便高中生能夠有效地進行知識內容的內化和吸收[3]。

2.建構生物過程型概念模型

對高中生物教學來說，很多知識和闡述能量流動機理、探究生物活動規律等有著一定的聯系。這部分內容涉及生物數量或能量的動態變化，使學生對于其內蘊含的生物原理沒辦法深入進行理解。為此，教師就可進行過程模型的建構來輔助教學活動的開展。利用流程圖的方式，直觀地把生物現象機理、生命活動規律向學生展示，助其更好地理解生物現象的動態過程，并對生物的內在規律有更好的把握。

例如，在進行高中生物選擇性必修2《生物系統的能量流動》一課的教學時，生物教師就可以利用問題提出的方式，幫學生有效梳理生態系統能量流動規律的相關知識，其中第一營養級的能量輸入，一部分是生產者在呼吸作用下通過熱能的方式散失掉的，另外一部分能量應用于生產者的繁殖、發育、生長等生命活動，在植物體的有機物里存儲。植物體內有機物里的能量構成，部分伴隨著被分解者枯枝敗葉等被釋放分解出來，另外一部分是讓初級消費者攝入到身體里，如此能量就完成了向第二營養級的流入。流入到第二營養級中的能量，一部分是伴隨著初級消費者的呼吸，以熱能的方式散失掉，另外一部分是在初級消費者的繁殖、發育、生長等活動中發揮作用，其中一部分以殘骸遺體的方式讓分解者使用。假如次級消費者捕食初級消費者，能量就實現了向第三營養級的流入。第三營養級、第四營養級能量的變化，大體上類似于第二營養級。借助這種生物過程型概念模型的建構，就能把能量流動的示意圖直觀地展示出來，使得學生的學習效率得到顯著提升，并對于生態系統中能量流動的方向、方式更好地進行理解。

（二）建構物理模型，優化學生的學科思維習慣

在高中生物建構的這些模型中，物理模型是和原型最為接近的，有著非常廣泛的應用。教師指導學生進行物理模型的構建，對學生洞察本質能力的培養是十分有利的，還能深化對知識的理解。物理模型是通過圖畫或實物的方式將目標的特征、結構功能以及生理過程進行再現的一種模型。物理模型可以把抽象、微觀的內容形象化、具體化，能幫學生更好地理解三維結構、微觀知識，將很難直接進行觀察的過程或結構簡單化，把握主要特征。學生通過對物理模型進行建構，不但能使其對抽象過程、微觀結構的認知困難程度有效降低，還能對模型建構方法的領域、建構模型的思維過程有更好的體驗，并使高中生的發散思維得到培養。可以說，物理模型建構是研究生物學的一種重要方法，能使學生的科學思維習慣得到充分優化，指引學生從實踐方面探討生活中的問題，使其對知識的理解與記憶更加深刻，從而提升探究能力與動手能力。在實際教學過程中，教師可以把某樣結構或事物按照一定的比例進行縮小或放大，對原型的功能、特點以及性質進行模擬，使得事物的特征能反映得更形象、更直觀。

對生命過程的物理模型進行模擬可分成兩種：其一是模式圖、實物等，如動植物細胞模式圖、DNA雙螺旋結構模型、細胞膜的流動鑲嵌模型等這些是結構模型；其二是對物質生命活動過程的研究，如胚胎移植示意圖，熒光標記的人、鼠細胞融合過程示意圖，減數分裂、有絲分裂中染色體的行為變化示意圖，物質跨膜運輸的方式示意圖，分泌蛋白的合成和運輸示意圖等。通過構建物理模型，使高中生的積極性得到有效調動，對生物知識的理解更為深刻，促使高中生物教學效果得以顯著提升[4]。

（三）建構數學模型，引導高中生有效掌握知識規律

數學模型是高中生物教學中生物模型的一種建構策略，本質上來看，數學模型是運用曲線圖、函數圖、計算公式、數學符號等，對生命活動規律與生物現象進行表達與描述，能將生物知識的本質充分地呈現出來，可以幫學生更好地對難點知識、重點知識進行理解。生物與數學都是綜合性學科，兩者間的聯系非常密切，生物教師要想在教學過程中將生物模型的構建策略進行有效實施，就需要帶領學生進行生物數學模型的構建。為此，在現今新課改深入推行的背景下，教師在進行生物模型建構時，就需要和教學需求相結合進行數學思維的滲透。如此，不但能使生物數學模型的建構目標得以初步實現，還可以積極引導學生將生物現象與知識通過曲線圖、計算公式、數學符號進行描述，強化對學生的生物學建模能力與生物學基本規律的概括能力的培養，使高中生物教學中的生物模型建構得到合理運用。在進行生物數學模型建構時，教師可積極鼓勵學生進行信息與資料的收集，將研究對象的數學規律找出來，做好建構生物數學模型的準備。然后，教師就可引導學生依據收集的信息進行假設與猜想，啟發他們將生物現象及變化規律應用數學語言進行描述，修正與檢驗此前的假設模型，得出正確、完整的數學模型。如此一來，不僅能使學生更好地體驗建構生物數學模型的過程，還能對學生的建模能力與科學思維進行充分培養，促使學生的生物認知水平與核心素養得到顯著提升[5]。

例如，在進行高中生物選擇性必修2《種群數量的變化》一課的教學時，就可以使用“S”型、“J”型曲線圖來將種群的數量增長特征呈現出來。利用“J”曲線將理想環境里動物瘋狂增長的特性呈現出來，利用“S”型曲線對現實環境種群數量變化進行體現，能反映“原始種群數量”因資源足夠充足直到實現增長速度的最大化，又由于競爭，增長速度放緩，直至不變，種群數量也在這時實現了最大化。通過這一數學模型將資源和原始種群增長的關系很好地進行呈現，使種群數量變化得到了全面展示，還可以讓學生更方便地進行記憶與理解。這兩個數學模型對于生物本質的反映都是非常有利的，可以使課堂教學更具效率。在實際教學時，教師可以著重指引學生進行“S”型與“J”型曲線的差異性對比，使學生在對數學模型建構基本認知的基礎上，還能夠熟練掌握這種技能，讓生物學習水平得以顯著提升。

結束語

生物模型建構就是指以教材內容為基礎，結合學生的實際認知發展規律和實際學情，完成教學模式的有效構建。作為一種能夠促進學生生物學科核心素養得以有效發展、學習效率得以全面提升的高效教學手段和教學工具，為有效發揮其教學價值所在，教師在實際教學過程中，可以通過建構生物概念模型提升學生的知識體系構建能力、建構過程模型提高高中生的學習效率、建構物理模型優化高中生的學科思維習慣、建構數學模型引導高中生掌握知識規律等有效策略，促使學生能夠全方面、多維度地對教學知識點進行充分掌握，使學習技能得到顯著提升。

參考文獻

[1]許艷冰.基于“情境―模型”雙向建構的高中生物教學對策分析[J].科教導刊（電子版），2022（12）：210-212.

[2]張旭.高中生物教學中模型建構的價值與實踐探究[J].教學管理與教育研究，2022，7（1）：77-78.

[3]馮國芬.基于核心素養的高中生物模型建構教學研究[J].中學課程輔導（教學研究），2021（24）：66.

[4]劉玉，龍主多杰.深度學習視域下高中生物學模型建構教學路徑探析[J].中學生物教學，2022（8）：37-39.

[5]韋嫦春.基于模型建構的高中生物學教學研究：以“種群密度及其調查方法”為例[J].中學教學參考，2023（8）：90-93.

本文系贛州市級課題“高中生物教學中發展學生模型思維解決問題的實踐研究”（項目編號：GZSW2022-7）的研究成果。