核心素養(yǎng)導(dǎo)向下高中生物模型建構(gòu)教學(xué)研究

高中生物學(xué)科涵蓋分子與細(xì)胞、遺傳與進(jìn)化等諸多分項(xiàng)內(nèi)容，能夠幫助學(xué)生建立正確的生命觀和世界觀，為學(xué)生科學(xué)視野的拓寬和科學(xué)認(rèn)知的積累提供助力。在教學(xué)期間融入生物模型建構(gòu)思維，促進(jìn)學(xué)生模型認(rèn)知和模型運(yùn)用能力的提升已經(jīng)成為共識(shí)，需要結(jié)合高中生物教學(xué)實(shí)例進(jìn)行分析和研究。

一、模型建構(gòu)教學(xué)的類型

在高中生物學(xué)科中，模型包括三種類型：（1）物理模型。主要以實(shí)物或者是圖畫的形式呈現(xiàn)，可以按照一定的比例放大或縮小某種生物結(jié)構(gòu)，常見(jiàn)的如細(xì)胞器實(shí)物模型、氨基酸分子結(jié)構(gòu)式等，其特征是直觀且生動(dòng)。（2）數(shù)學(xué)模型。主要采用數(shù)學(xué)語(yǔ)言來(lái)描述生物學(xué)原理，可用的數(shù)學(xué)語(yǔ)言種類包括函數(shù)、方程、數(shù)學(xué)圖形等，這種模型抽象性相對(duì)較強(qiáng)，但對(duì)于生物學(xué)科中的規(guī)律、原理內(nèi)容描述更加精確，比如反映種群數(shù)量時(shí)，有時(shí)會(huì)用到“J”形和“S”形曲線等。（3）概念模型。最為常見(jiàn)的便是文字符號(hào)描述方式，有時(shí)也可以用流程圖、概念圖的形式呈現(xiàn)，通常在生物發(fā)展順序、生命現(xiàn)象本質(zhì)等概念的教學(xué)中應(yīng)用較多。

二、核心素養(yǎng)導(dǎo)向下高中生物模型建構(gòu)教學(xué)的價(jià)值

（一）有助于完善學(xué)生生命觀念

生命觀念是高中生物學(xué)科核心素養(yǎng)的重要組成部分，主要描述學(xué)生對(duì)各類生命現(xiàn)象以及相互關(guān)系進(jìn)行解釋后的抽象認(rèn)知。而生物模型直觀性比較強(qiáng)，通過(guò)建構(gòu)教學(xué)能夠幫助學(xué)生更直觀地理解生命現(xiàn)象和生命活動(dòng)的規(guī)律，從而完善學(xué)生的生命觀念。例如，通過(guò)構(gòu)建細(xì)胞結(jié)構(gòu)模型，學(xué)生可以清晰地看到細(xì)胞的各個(gè)組成部分以及它們之間的相互作用，從而加深對(duì)細(xì)胞生命活動(dòng)的理解。利用“J”形和“S”形曲線模型，學(xué)生可以更加精準(zhǔn)地把握不同生存條件下生物種群的變化規(guī)律，可以使學(xué)生建立起更加完善的生命觀，讓學(xué)生學(xué)會(huì)珍視和愛(ài)護(hù)生命。

而模型建構(gòu)教學(xué)采用更加貼近本質(zhì)的教學(xué)呈現(xiàn)方式，要求教師根據(jù)課程內(nèi)容選擇適宜的模型類別，引導(dǎo)學(xué)生有目的、有方向地探索和理解知識(shí)。原本抽象的生物學(xué)知識(shí)以物理實(shí)物模型，抑或數(shù)學(xué)函數(shù)模型、圖形模型，以及文字概念模型等呈現(xiàn)出來(lái)，概括性的特征更加突出，可以有效降低學(xué)生理解難度，使學(xué)生快速地透過(guò)現(xiàn)象摸清本質(zhì)，建立起與生命觀念相關(guān)的全方位認(rèn)知，有助于提高認(rèn)知水平，避免混淆、遺漏等問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí)的設(shè)想。

（二）有助于鍛煉學(xué)生理性思維

在高中生物核心素養(yǎng)體系中，理性思維扮演的角色也是非常關(guān)鍵的，主要指?jìng)€(gè)體尊重事實(shí)和證據(jù)，愿意主動(dòng)使用科學(xué)的思維方式認(rèn)知事物，解決實(shí)際問(wèn)題的能力。模型建構(gòu)教學(xué)恰好可以為理性思維的鍛煉提供平臺(tái)，以常見(jiàn)的概念模型為例，學(xué)生在獨(dú)立建構(gòu)或者小組合作建構(gòu)的過(guò)程中，需要整合現(xiàn)有知識(shí)，并且結(jié)合已有規(guī)律或顯性進(jìn)行類比歸納，甚至是演繹推理，這可以使學(xué)生更好地捕捉到思考特定問(wèn)題時(shí)的邏輯順序和要點(diǎn)，進(jìn)而優(yōu)化學(xué)生的理性思維，促進(jìn)學(xué)生思維品質(zhì)的提升[]。且學(xué)科中包含的模型非常多樣，通過(guò)數(shù)學(xué)模型的搭建以及解讀，物理模型的建構(gòu)，也可以更好地鍛煉學(xué)生由點(diǎn)及面，從具象到抽象的理性思維能力，為學(xué)生未來(lái)的發(fā)展和成長(zhǎng)奠定基礎(chǔ)。

（三）有助于驅(qū)動(dòng)學(xué)生科學(xué)探究

科學(xué)探究素養(yǎng)主要指學(xué)生在面對(duì)生物學(xué)現(xiàn)象時(shí)，自發(fā)進(jìn)行觀察、提問(wèn)、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、方案實(shí)施以及結(jié)果的交流與討論的能力。在高中生物教學(xué)期間加強(qiáng)科學(xué)探究素養(yǎng)的培育，對(duì)于學(xué)生好奇心和探索欲的激發(fā)，以及科學(xué)研究思路和方法的養(yǎng)成是大有裨益的。模型建構(gòu)教學(xué)恰好具有該種功能，在此類課堂中學(xué)生需要整合當(dāng)前的學(xué)科知識(shí)和信息，對(duì)生活中遇到的特定生物現(xiàn)象進(jìn)行假設(shè)和思考，并且在教師的引導(dǎo)下設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，得出確切的結(jié)論。對(duì)于部分結(jié)論，還需要通過(guò)歸納和演繹來(lái)得出概括化的模型，這實(shí)際上是針對(duì)科學(xué)現(xiàn)象的推理和探究過(guò)程可以讓學(xué)生體會(huì)到探究帶來(lái)的樂(lè)趣，讓學(xué)生科學(xué)探究素養(yǎng)得到提升。

三、核心素養(yǎng)導(dǎo)向下高中生物模型建構(gòu)教學(xué)的策略

（一）加強(qiáng)學(xué)情分析，選擇適宜的模型建構(gòu)方向

模型建構(gòu)的最終目的是將知識(shí)以簡(jiǎn)化、精練的形式呈現(xiàn)出來(lái)，讓學(xué)生更加快速地把握不同現(xiàn)象或者原理的本質(zhì)內(nèi)涵，所以在教學(xué)過(guò)程中，教師需要著重加強(qiáng)學(xué)情分析。學(xué)情分析主要分兩個(gè)方面，一方面是教材內(nèi)容，要了解課本知識(shí)的主題，以及課程設(shè)置的主要目的，另一方面是學(xué)生，要了解學(xué)生的興趣傾向、學(xué)科基礎(chǔ)等。綜合兩方面學(xué)情選擇難度適宜，且貼合度較高的生物模型。結(jié)合學(xué)生的認(rèn)知現(xiàn)狀，以及課本知識(shí)的具體方向和內(nèi)容來(lái)確定模型建構(gòu)的具體類別，選擇適宜的模型來(lái)促成教學(xué)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。以浙科版高中生物教材必修1為例，《分子與細(xì)胞》中涉及“細(xì)胞的結(jié)構(gòu)”章節(jié)，要求學(xué)生通過(guò)學(xué)習(xí)知曉細(xì)胞膜、細(xì)胞質(zhì)、細(xì)胞核等的結(jié)構(gòu)和功能，掌握各個(gè)結(jié)構(gòu)相互協(xié)調(diào)配合的作用機(jī)制和過(guò)程。從教材上看，課程知識(shí)的抽象性特征比較突出，且涉及物質(zhì)跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)的動(dòng)態(tài)過(guò)程，理解起來(lái)具有一定難度。因此教師在課程設(shè)計(jì)時(shí)，可以采用物理模型構(gòu)建思路，通過(guò)實(shí)體模型的呈現(xiàn)來(lái)實(shí)現(xiàn)抽象向具象的轉(zhuǎn)化，減輕學(xué)生理解負(fù)擔(dān)。

細(xì)胞結(jié)構(gòu)立體性較強(qiáng)，一般可以選擇物理模型類別，提供給學(xué)生充足的橡皮泥、卡紙等材料，鼓勵(lì)學(xué)生利用材料進(jìn)行細(xì)胞器等結(jié)構(gòu)的模擬和搭建，提醒學(xué)生在制作期間著重處理好不同細(xì)胞器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，以此來(lái)提高知識(shí)呈現(xiàn)的直觀性，方便學(xué)生理解和記憶。

（二）積極創(chuàng)設(shè)情境，激活學(xué)生模型建構(gòu)的興趣

興趣是推動(dòng)學(xué)生參與模型建構(gòu)的關(guān)鍵內(nèi)驅(qū)力，通過(guò)培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，不僅可以優(yōu)化學(xué)生課堂參與度，還能夠快速調(diào)動(dòng)學(xué)生的頭腦、眼睛和雙手，促進(jìn)學(xué)生實(shí)踐能力和理性思維的綜合發(fā)展。因此在高中生物模型建構(gòu)教學(xué)期間，教師還可以引進(jìn)情境創(chuàng)設(shè)等方法，為學(xué)生營(yíng)造沉浸式的氛圍，激活學(xué)生參與模型探究和建構(gòu)的興趣，推動(dòng)學(xué)生核心素養(yǎng)良好發(fā)展。情境創(chuàng)設(shè)的方式是比較多樣的，可以采用文字情境創(chuàng)設(shè)思路，也可以借助視頻抑或PPT課件等優(yōu)化創(chuàng)設(shè)的效果。以浙科版高中生物必修2《遺傳與進(jìn)化》為例，課程第三章第二節(jié)講到“遺傳信息編碼在DNA分子上”，此時(shí)借助模型建構(gòu)教學(xué)來(lái)講明DNA分子的結(jié)構(gòu)，幫助學(xué)生理解遺傳信息的編碼方式十分關(guān)鍵。為了引起學(xué)生的興趣，教師可以在課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)呈現(xiàn)中關(guān)村高科技園區(qū)中的DNA雕像，讓學(xué)生通過(guò)圖片的輔助更加直觀地了解DNA的實(shí)際情況，并且建立起對(duì)DNA結(jié)構(gòu)的濃厚興趣，為模型建構(gòu)教學(xué)提供良好的開(kāi)端和鋪墊。當(dāng)前微課教學(xué)模式愈發(fā)成熟，在高中課堂上也獲得了廣泛應(yīng)用。這種模式將冗長(zhǎng)的知識(shí)體系濃縮化和凝練化，以聲畫并茂的視頻素材呈現(xiàn)知識(shí)原理，可以快速地吸引學(xué)生的注意，幫助學(xué)生掌握生物學(xué)知識(shí)。所以在模型建構(gòu)教學(xué)時(shí)，教師可以利用微課來(lái)闡述模型建構(gòu)思路，激發(fā)學(xué)生參與模型建構(gòu)的興趣，提高學(xué)生主動(dòng)性。它短小精悍、生動(dòng)立體，可以將重點(diǎn)要點(diǎn)知識(shí)內(nèi)容濃縮成聲畫并茂的教學(xué)材料，幫助教師快速地活躍課堂氛圍，吸引學(xué)生注意，在高中課堂中表現(xiàn)出了較高的適用性，教師在進(jìn)行模型建構(gòu)教學(xué)時(shí)，可以加強(qiáng)研究和應(yīng)用。通過(guò)微課動(dòng)態(tài)地呈現(xiàn)DNA分子結(jié)構(gòu)，進(jìn)行磷酸、堿基、脫氧核糖等基本單位的拆解[2]。

（三）重視問(wèn)題引導(dǎo)，讓學(xué)生主動(dòng)嘗試模型建構(gòu)

問(wèn)題引導(dǎo)是促進(jìn)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)和思考的有效手段。在生物模型建構(gòu)教學(xué)中，教師應(yīng)設(shè)計(jì)一系列具有啟發(fā)性和引導(dǎo)性的問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生逐步深入思考，并主動(dòng)嘗試構(gòu)建模型。以浙科版高中生物必修1第三章第二節(jié)《酶是生物催化劑》為例，其中講到了酶的催化功能受多種因素的影響，這種影響往往具有一定規(guī)律性，通過(guò)數(shù)學(xué)模型的搭建，可以將各種因素的影響情況直觀呈現(xiàn)出來(lái)，實(shí)現(xiàn)由抽象到具象的轉(zhuǎn)化。正式教學(xué)時(shí)，教師應(yīng)當(dāng)秉持啟發(fā)誘導(dǎo)的原則，設(shè)計(jì)由淺入深的問(wèn)題鏈條，讓學(xué)生自發(fā)嘗試模型搭建，幫助學(xué)生更好地理解酶催化功能的作用機(jī)制。比如pH對(duì)過(guò)氧化氫酶的影響實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，教師可以在學(xué)生實(shí)驗(yàn)過(guò)程中提出問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生思考從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)看，過(guò)氧化氫酶的pH取多少最為適宜，這一實(shí)驗(yàn)過(guò)程是否存在干擾因素，怎樣進(jìn)行誤差的控制，是否能根據(jù)既有數(shù)據(jù)構(gòu)建出pH與酶活性關(guān)系之間的數(shù)學(xué)模型，當(dāng)前模型能否進(jìn)一步優(yōu)化，在模型建構(gòu)的過(guò)程中有什么收獲等。通過(guò)環(huán)環(huán)相扣的引導(dǎo)，讓學(xué)生從數(shù)據(jù)入手完成歸納推理和抽象化提煉，并且調(diào)用數(shù)學(xué)知識(shí)進(jìn)行取點(diǎn)、圖形繪制以及函數(shù)搭建，保證課堂教學(xué)效率的同時(shí)突出學(xué)生的主體地位。當(dāng)學(xué)生構(gòu)建出酶活性與pH、溫度之間的數(shù)學(xué)關(guān)系模型后，還可以采用啟發(fā)誘導(dǎo)的方式，鼓勵(lì)學(xué)生任選底物濃度、酶激活劑、有機(jī)溶劑等影響因素，進(jìn)行酶活性的拓展性實(shí)驗(yàn)。嚴(yán)格控制實(shí)驗(yàn)中的無(wú)關(guān)因素，并且根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果繪制出酶活性與其他影響因素之間的關(guān)系，構(gòu)建起新的生物數(shù)學(xué)模型。這種問(wèn)題引導(dǎo)的方式與人腦認(rèn)知邏輯相適配，也符合最近發(fā)展區(qū)中對(duì)于“學(xué)習(xí)支架”的描述和要求，既可以突出學(xué)生的主體地位，讓學(xué)生主動(dòng)思考和探索，也可以體現(xiàn)啟發(fā)誘導(dǎo)的優(yōu)勢(shì)，提高探索學(xué)習(xí)的綜合效率。

（四）驅(qū)動(dòng)小組合作，促進(jìn)小組之間的模型討論

模型作為本質(zhì)和主要因素整合簡(jiǎn)化后的型體，對(duì)于學(xué)生的認(rèn)知、思維素養(yǎng)具有促進(jìn)和訓(xùn)練價(jià)值，學(xué)生需要調(diào)動(dòng)已有知識(shí)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)、歸納、推理、分析，才能真正完成模型建構(gòu)和解讀。這對(duì)學(xué)生當(dāng)前的學(xué)科基礎(chǔ)和素養(yǎng)能力提出了較高要求，一些情況下學(xué)生可能難以獨(dú)立完成模型的建構(gòu)任務(wù)，在探究期間會(huì)出現(xiàn)盲目、無(wú)序的情況，此時(shí)運(yùn)用小組合作探究方式便顯得十分重要。以浙科版高中生物必修2第二章第一節(jié)《染色體通過(guò)配子傳遞給子代》為例，課程中涉及染色體、減數(shù)分裂等內(nèi)容，其中減數(shù)分裂作為課程的重難點(diǎn)，又劃分了多個(gè)分裂階段和時(shí)期，僅通過(guò)文字理解難度相對(duì)較大。此時(shí)教師可以提供給學(xué)生橡皮泥、紙張、鐵絲等工具，鼓勵(lì)學(xué)生利用現(xiàn)有的材料進(jìn)行物理模型的建構(gòu)，推動(dòng)學(xué)生合作和思考。為了確保合作探究的效率，教師也可以提前發(fā)布任務(wù)清單，鼓勵(lì)學(xué)生邊建模邊思考，一個(gè)細(xì)胞經(jīng)過(guò)減數(shù)分裂后轉(zhuǎn)變成了多少個(gè)子細(xì)胞，其間染色體數(shù)目經(jīng)歷了怎樣的變化，這對(duì)于生物遺傳變異起到什么作用，減數(shù)分裂和有絲分裂過(guò)程有什么異同點(diǎn)等。在學(xué)生模型建構(gòu)期間，教師應(yīng)當(dāng)做好巡視和指導(dǎo)工作，及時(shí)點(diǎn)撥學(xué)生，保證建模思考方向的正確性[3]。在學(xué)生完成建模之后，教師還可以鼓勵(lì)其進(jìn)行小組展示，通過(guò)師生互動(dòng)和問(wèn)答的方式對(duì)不同小組模型進(jìn)行評(píng)價(jià)，看模型中是否體現(xiàn)出了不同染色單體的區(qū)別，是否體現(xiàn)出了紡錘體、子細(xì)胞等結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)基于建模的實(shí)時(shí)反饋，提高學(xué)生的成就感和滿足感。對(duì)于錯(cuò)誤模型，教師還可以進(jìn)行針對(duì)性的剖析講解，幫助學(xué)生明確易錯(cuò)點(diǎn)、易混淆點(diǎn)，進(jìn)而加深記憶和理解。

（五）科學(xué)布置作業(yè)，使模型建構(gòu)思維深入人心

作業(yè)是鞏固和拓展學(xué)生學(xué)習(xí)成果的重要手段。在生物模型建構(gòu)教學(xué)中，教師應(yīng)科學(xué)布置作業(yè)，注重作業(yè)的針對(duì)性和實(shí)效性。作業(yè)內(nèi)容應(yīng)緊密圍繞模型建構(gòu)的主題和要求，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步鞏固和拓展所學(xué)知識(shí)。同時(shí)，作業(yè)形式也應(yīng)多樣化，可以是書面作業(yè)、實(shí)踐操作、小組討論等多種形式。通過(guò)科學(xué)布置作業(yè)，學(xué)生能夠更加深入地理解和應(yīng)用模型建構(gòu)思維，從而更加牢固地掌握生物知識(shí)。對(duì)于概念性知識(shí)，教師可以鼓勵(lì)開(kāi)發(fā)新模型，引導(dǎo)學(xué)生把握課堂核心概念，進(jìn)行流程模型、架構(gòu)模型等的搭建。如浙科版高中生物必修2第四章第二節(jié)《基因重組使子代出現(xiàn)變異》中，教師可以鼓勵(lì)學(xué)生使用流程圖模型，對(duì)基因重組的類型和發(fā)生時(shí)期進(jìn)行文字化描述，并且繪制基因突變、基因重組之間的對(duì)比表格，通過(guò)模型化和概括化的思維，減輕知識(shí)記憶負(fù)擔(dān)。對(duì)于染色體變異的知識(shí)，還可以引導(dǎo)學(xué)生繪制思維導(dǎo)圖，提煉“染色體結(jié)構(gòu)變異和基因突變比較”“更好地厘清各概念的內(nèi)涵以及相互之間的關(guān)系。在學(xué)到染色體變異相關(guān)內(nèi)容時(shí)，還可以引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行思維導(dǎo)圖的繪制，運(yùn)用思維導(dǎo)圖簡(jiǎn)化概念模型的建構(gòu)過(guò)程，完成對(duì)結(jié)構(gòu)變異、數(shù)目變異的區(qū)分，以及對(duì)二倍體、多倍體、單倍體比較”“異位與交叉互換的區(qū)別”“染色體變異在育種上的應(yīng)用”等概念二級(jí)標(biāo)題的精確描述，條理井然地完成對(duì)現(xiàn)有知識(shí)的梳理，構(gòu)建起系統(tǒng)化的認(rèn)知模型[4。這種概念模型的良好融合和應(yīng)用，有著文圖結(jié)合的突出特點(diǎn)，可以同時(shí)調(diào)動(dòng)學(xué)生的左右腦區(qū)輔助記憶，延緩遺忘進(jìn)程。

結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，高中生物模型建構(gòu)教學(xué)對(duì)于學(xué)生認(rèn)知、實(shí)踐素養(yǎng)的培育至關(guān)重要，未來(lái)教學(xué)環(huán)節(jié)務(wù)必要加強(qiáng)重視。前期要著重開(kāi)展學(xué)情分析，結(jié)合教材內(nèi)容選擇更加適宜的模型建構(gòu)方向，依托學(xué)生興趣點(diǎn)進(jìn)行情境創(chuàng)設(shè)和問(wèn)題引導(dǎo)，讓學(xué)生更加自愿和主動(dòng)參與到模型建構(gòu)活動(dòng)中。后期也要帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行分組學(xué)習(xí)和討論，科學(xué)地予以指導(dǎo)點(diǎn)撥，科學(xué)地進(jìn)行作業(yè)設(shè)計(jì)，讓模型思維更加深入人心。

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