在模型構(gòu)建過程中培養(yǎng)學生的核心素養(yǎng)

摘 要：隨著新課程標準的實施，生物課堂的形式也發(fā)生了一定轉(zhuǎn)變，學生的主體地位更加突出.為了更好地幫助學生建立生物學概念，基于事實基礎(chǔ)的抽象和概括就顯得更加重要，因此模型的使用頻率也有所提高.生物模型的構(gòu)建過程，可以幫助學生落實生命觀念，科學地認識事物，提升生物學科核心素養(yǎng).

關(guān)鍵詞：模型方法；模型構(gòu)建；核心素養(yǎng)

中圖分類號：G632"" 文獻標識碼：A"" 文章編號：1008-0333（2024）21-0133-03

《普通高中生物學課程標準（2020年修訂版）》（以下簡稱《新課程標準》）重新調(diào)整了學科內(nèi)容，以學科大概念為綱領(lǐng)，細分重要概念和次位概念，使教學內(nèi)容結(jié)構(gòu)化，教學方式多樣化，多方位培養(yǎng)學生的生命觀念、科學思維和科學探究能力，落實學生的社會責任感，發(fā)展學生的核心素養(yǎng)[1].

這一次的課程改革將模型構(gòu)建納入基礎(chǔ)知識范疇，并將模型方法規(guī)定為高中生必須掌握的方法之一.模型方法是指通過模型來揭示原型的結(jié)構(gòu)、特征和本質(zhì)，是邏輯方法的一種特有形式，在生物學中，模型主要有三類，包括物理模型、概念模型和數(shù)學模型.在教學中，合理采用模型方法，可以突破學生主體思維的限制，使抽象思維具象化.在課堂中，可以根據(jù)課堂內(nèi)容和知識體系采用不同的模型，培養(yǎng)學生的核心素養(yǎng).

1 重走科學史，構(gòu)建物理模型，培養(yǎng)學生的核心素養(yǎng)，落實生命觀念

科學史是生物教學中不可或缺的部分，通過展示史實資料，跟隨前人的腳印，體會前人的思維變遷，構(gòu)建物理模型，可以很好地發(fā)展學生的科學思維.同時，科學史并不只是用來展示，物理模型也不應(yīng)該在教師講授完以后構(gòu)建，而是要讓學生通過走進歷史，發(fā)現(xiàn)問題，提出假設(shè)；通過重走科學家的探索歷程，尋找答案，解決問題，不斷修正自己的模型，最終通過模型的結(jié)構(gòu)和功能相互統(tǒng)一，發(fā)展學生的核心素養(yǎng).

“DNA分子的結(jié)構(gòu)”一節(jié)內(nèi)容的教學，就是最好的課例之一.DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)，標志著生物學正式進入分子生物學時代，是生物學發(fā)展史上的一個里程碑，沃森和克里克的合作研究也是當今科研界學習的榜樣.在本節(jié)課的教學中，教師可以通過“刑偵手段中DNA鑒定技術(shù)的應(yīng)用”視頻導入，引導學生思考為什么DNA鑒定技術(shù)可以確定死者的身份？因為每個人的DNA序列都是特定的.從這個方面入手，將話題引入DNA分子的結(jié)構(gòu)，落實結(jié)構(gòu)決定功能的生命觀.同時，帶領(lǐng)學生復習必修一中有關(guān)DNA的基礎(chǔ)知識，展示四種脫氧核苷酸結(jié)構(gòu)簡式，認識五個碳原子的位置，并介紹核苷酸之間的聯(lián)結(jié)：磷酸二酯鍵，形成一條脫氧核苷酸鏈；認識脫氧核苷酸鏈的兩端：5’-端和3’-端，為之后的模型構(gòu)建打下基礎(chǔ).

1.1 閱讀課本，嘗試自主構(gòu)建DNA平面模型

學生自主閱讀課本時，思考教師給出的問題：①DNA分子有幾條鏈，方向如何？具有怎樣的空間結(jié)構(gòu)？②DNA分子的基本骨架是什么？③堿基的配對方式是怎樣的？堿基之間通過什么相連？然后嘗試自主構(gòu)建模型.教師在巡視過程中，記錄各小組模型構(gòu)建中出現(xiàn)的問題.

1.2 基于科學史，修正DNA平面模型

教師總結(jié)學生自主構(gòu)建模型的過程中出現(xiàn)的一系列問題，例如①各基團的位置及相關(guān)化學鍵出現(xiàn)錯誤；②兩條鏈的方向如何確定；③四種堿基之間如何配對；④堿基之間氫鍵數(shù)目混亂.在網(wǎng)上查閱收集相關(guān)資料并制作DNA分子結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)史視頻，通過展示視頻，為學生答疑解惑，加深學生的印象.引導學生學習科學家的合作探索的精神，理解科學發(fā)展并不是一蹴而就的，是所有科學家通過不斷地研究和修正，科學才能得以進步.

1.3 模型的分析應(yīng)用

模型的構(gòu)建，更重要的是能夠應(yīng)用于實際.通過分析對比各個小組的模型，思考DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的特點：①DNA分子結(jié)構(gòu)為何更加穩(wěn)定？②若有10對堿基對（每種堿基數(shù)量足夠），可以構(gòu)建多少種不同排列的DNA分子？從而理解DNA具有多樣性的原因；③理解什么是DNA分子的特異性；④小組合作，發(fā)現(xiàn)DNA分子中的數(shù)量關(guān)系，發(fā)展學生的科學思維，培養(yǎng)學生科學合作的能力.結(jié)合DNA鑒定技術(shù)在實際生活中的應(yīng)用，培養(yǎng)學生的社會責任感.

2 結(jié)合情境創(chuàng)設(shè)，構(gòu)建數(shù)學模型，培養(yǎng)學生的科學思維

生物知識往往是我們真實生活中的一部分，教師可以通過情境創(chuàng)設(shè)，引導學生構(gòu)建數(shù)學模型，以表述生命活動的動態(tài)變化過程，培養(yǎng)學生科學思維.數(shù)學模型在生物學中應(yīng)用最典型的課例就是“種群數(shù)量變化”.首先，教師通過“細菌增殖”的微視頻引入本節(jié)課的問題：①第n代細菌數(shù)量的計算公式是什么？②72小時后，由一個細菌分裂產(chǎn)生的細菌數(shù)量是多少？③該種群在什么樣的條件下能夠以2n的形式增長？④自然界中是否存在這樣的實例？通過問題①，學生得出第n代細菌數(shù)量為Nn=2n，并完成問題②③；通過①②③問，教師介紹建立數(shù)學模型的一般步驟.引導學生閱讀教材，回答問題④.

2.1 通過問題鏈驅(qū)動模型轉(zhuǎn)換，發(fā)展科學思維，提高社會責任感

教師通過設(shè)置問題鏈，不斷推進學習過程，達成學習目標.隨著問題的層層遞進，逐步修正數(shù)學模型，更容易被學生所接受.

教師指出：在實際的種群中，起始數(shù)量往往并不是1，種群增長率（增長率=出生率-死亡率）也達不到100%，例如在資料1中，假設(shè)起始野兔數(shù)量為N0，每一年野兔種群數(shù)量都是前一年的λ倍，則5年后野兔數(shù)量是多少？t年后種群數(shù)量又是多少呢？討論λ取值對種群數(shù)量變化趨勢有何影響？通過問題驅(qū)動，修正模型，得到“J”型增長曲線模型，感悟數(shù)學模型的構(gòu)建過程.教師引導學生進一步思考：野兔數(shù)量的急劇增加，對農(nóng)場造成了怎樣的影響？學生回答：草場植被破壞，水土流失，沙化嚴重.以此幫助學生認識到物種入侵的危害，以及保護生態(tài)環(huán)境的重要性.

教師進一步提問：為了控制野兔數(shù)量，澳大利亞政府采取了什么措施？野兔種群數(shù)量呈現(xiàn)怎樣的變化趨勢？ 引導學生思考得出在非理想條件下，種群數(shù)量呈現(xiàn)出一種先增加后保持穩(wěn)定的“S”型增長曲線模型，分析“S”型增長曲線的變化，比較“J”型增長曲線和“S”型增長曲線的差異，以此發(fā)展學生的科學思維.

2.2 結(jié)合模型，指導生產(chǎn)生活實踐，提升社會責任感

通過展示鼠患危害、漁業(yè)的可持續(xù)發(fā)展、大熊貓等瀕危物種的保護等資料，引導學生分析討論：從環(huán)境容納量的方面切入，可采取哪些措施控制鼠患？保護瀕危物種？如何保證漁業(yè)的捕撈量和快速恢復？這一系列問題的討論，都是“S”型增長曲線在生產(chǎn)生活中的實際應(yīng)用，將生物知識和生產(chǎn)實際相聯(lián)系，提高學生的社會責任感.

3 通過歸納總結(jié)，構(gòu)建概念模型，形成思維框架，落實核心素養(yǎng)

概念模型是對已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的科學規(guī)律進行的抽象總結(jié)， 比單純的文字敘述更加直觀，便于學生理解記憶.在進行生物教學時，要善用概念模型，使知識點之間的聯(lián)系更加直觀，便于學生理解記憶.

生物教學中，課本知識繁雜瑣碎而又抽象，很多都屬于微觀世界的內(nèi)容，學生很少有機會去直接觀察微觀世界的生物，所以僅僅依靠教師簡單地講授，學生往往很難想象和理解那些繁瑣抽象的內(nèi)容.這就要求教師必須簡化知識點，去掉細枝末節(jié)，直擊重點.概念模型是對抽象的概念、 理論進行描述的一種方法，使事物之間的關(guān)系更加直觀，可以加深學生對概念的理解、記憶，而非死記硬背[2].概念模型在生物教學中的應(yīng)用非常廣泛，我們在課前預(yù)習、課堂教學和課后復習中，都可以看見它的身影，尤其是二輪復習中，概念模型幾乎滲透到了每一節(jié)課堂中.通過構(gòu)建概念模型，形成系統(tǒng)的知識框架圖，可以加強知識點之間的聯(lián)系，鍛煉學生的科學思維能力，發(fā)展科學素養(yǎng).比如在二輪復習關(guān)于育種這一部分內(nèi)容的復習過程中，涉及的育種方式、育種原理、育種流程、各種育種方式的優(yōu)缺點以及相關(guān)實例非常多，而二輪復習資料往往比較簡潔，課本中的文字敘述既繁瑣又分散，還涉及現(xiàn)代生物技術(shù)的應(yīng)用，不利于二輪復習過程中系統(tǒng)地復習和比較.此時概念圖的優(yōu)勢就非常明顯，在課前預(yù)習中可以要求學生按照教師給的大綱，自主整理有關(guān)知識點，并利用表格、思維框架圖等形式進行總結(jié)，讓學生在課前預(yù)習時完成概念圖，加深對重點內(nèi)容的印象，而且學生還會給教師意想不到的反饋.如表1，這位學生總結(jié)了教師給出的幾種常用育種方式：雜交育種、誘變育種、單倍體育種、多倍體育種、細胞工程育種和基因工程育種，同時還將優(yōu)良動物繁育涉及的一些技術(shù)也總結(jié)在了旁邊，這是之前教師所沒有想到的.這說明學生是具有學習的主動性，而我們教師所要做的，就是調(diào)動學生學習的主動性，適當放手，相信學生.

4 結(jié)束語

《新課程標準》更加注重學生能力的提升和思維的綜合性，在考查過程中，情境更加復雜，要求也相對更高，比如說能在復雜情境中對必備知識和關(guān)鍵能力的綜合運用.因此，課堂教學必須做出一定的改變，利用物理模型、數(shù)學模型和概念模型的構(gòu)建過程，充分調(diào)動學生的學習積極性，讓學生主動學習并培養(yǎng)自主學習的能力.在生物課堂中，教師可以根據(jù)本節(jié)課的授課內(nèi)容和教學目標，將幾種模型綜合起來使用，而不是只選擇其中一種.教師還應(yīng)利用好開放性的實踐問題，結(jié)合模型方法的使用，提高學生解決問題的能力，發(fā)展科學思維，落實核心素養(yǎng).

參考文獻：

［1］ 中華人民共和國教育部.普通高中生物學課程標準（2017年版2020年修訂）[M].北京：人民教育出版社，2018：1-15.［2］ 楊大友.模型建構(gòu)在高中生物教學中的應(yīng)用.吉林教育[J]，2011（7）：23.

［責任編輯：季春陽］