模型建構(gòu)培養(yǎng)高中生物科學(xué)思維核心素養(yǎng)的研究

摘 要：基于高中生物新課程改革的要求，高中生物教師在開展課堂教學(xué)時(shí)，必須從“教書型”轉(zhuǎn)向“研究型”教學(xué)，大膽創(chuàng)新教學(xué)形式和方法，旨在引領(lǐng)學(xué)生獲得思維的發(fā)展，真正落實(shí)生物核心素養(yǎng)下的教學(xué)目標(biāo)。在這一背景下，將生物建模教學(xué)法融入生物課堂教學(xué)中能夠最大限度地提高課堂教學(xué)質(zhì)量，并促進(jìn)學(xué)生科學(xué)思維核心素養(yǎng)的發(fā)展?；诖耍菊撐姆治隽诵抡n程改革下高中生物課堂教學(xué)現(xiàn)狀，并結(jié)合具體的課堂教學(xué)實(shí)踐，針對(duì)模型建構(gòu)在生物課堂教學(xué)中的具體運(yùn)用進(jìn)行了詳細(xì)的研究，僅供參考。

關(guān)鍵詞：高中生物;模型建構(gòu);思維;核心素養(yǎng);教學(xué)模式

中圖分類號(hào)：G63? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1673-9132（2022）16-0060-03

DOI：10.16657/j.cnki.issn1673-9132.2022.16.020

隨著新課程改革的不斷深入，高中生物教師不僅要關(guān)注理論知識(shí)的教學(xué)，還應(yīng)培養(yǎng)和發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維，使學(xué)生逐漸形成建立模型、演繹推理的能力，最終提升學(xué)生的生物綜合素養(yǎng)。在這一背景下，構(gòu)建生物模型得到了應(yīng)有的重視。與傳統(tǒng)的課堂教學(xué)模式相比，利用生物建模這一教學(xué)手段開展教學(xué)活動(dòng)，可使學(xué)生在觀察、分析、歸納的過程中深刻理解生物知識(shí)，并運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)解決實(shí)際生活中常見的問題，最終促使學(xué)生在學(xué)習(xí)中形成科學(xué)的思維能力?；诖?，筆者結(jié)合課堂教學(xué)實(shí)踐，針對(duì)模型建構(gòu)在生物課堂教學(xué)中的具體運(yùn)用進(jìn)行了詳細(xì)的研究。

一、新課程視域下高中生物課堂教學(xué)現(xiàn)狀

在調(diào)查和研究中發(fā)現(xiàn)，高中生物課堂教學(xué)現(xiàn)狀與生物核心素養(yǎng)的要求相差甚遠(yuǎn)，依然存在諸多問題，集中體現(xiàn)在以下五個(gè)方面。

（一）應(yīng)試教育理念依然存在影響

目前新課程改革已經(jīng)進(jìn)入深水區(qū)，同時(shí)新的教學(xué)觀念應(yīng)運(yùn)而生。但就高中生物教學(xué)現(xiàn)狀來說，多數(shù)教師依然束縛在應(yīng)試教學(xué)理念中，以提高學(xué)生的考試成績?yōu)槭滓繕?biāo)，獨(dú)霸生物課堂，沒有給學(xué)生提供思考和交流的時(shí)間、空間。在這種教學(xué)理念下，高中生物教師常常圍繞高考重點(diǎn)大講特講，沒有充分凸顯學(xué)生的主體地位，嚴(yán)重制約了生物課堂教學(xué)質(zhì)量的提高，阻礙了學(xué)生科學(xué)思維的發(fā)展。

（二）教師的綜合素質(zhì)有待提升

新課程改革不僅僅是對(duì)課堂教學(xué)的改革，也對(duì)教師提出了更高的要求，要求教師不僅要具備先進(jìn)的、科學(xué)的教學(xué)觀念，還應(yīng)具備極強(qiáng)的專業(yè)素養(yǎng)、教學(xué)能力。只有這樣才能更好地滿足新課程背景下的生物教學(xué)要求。但在調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前高中生物教師自身的綜合素質(zhì)尚且不能滿足新課程改革的教學(xué)要求，教師的理念比較陳舊，教學(xué)能力有限，不能靈活使用多樣化的教學(xué)手段，無法實(shí)現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容的拓展和延伸，常常局限于教材中，在很大程度上制約了生物課堂教學(xué)質(zhì)量的提升。

（三）課堂教學(xué)方法單一

高中生物學(xué)科知識(shí)點(diǎn)繁雜，在高中生物教學(xué)中只有將知識(shí)點(diǎn)變得更加系統(tǒng)有序，才能促使學(xué)生在系統(tǒng)化的學(xué)習(xí)中加深知識(shí)點(diǎn)的理解、內(nèi)化，最終實(shí)現(xiàn)生物知識(shí)的高效學(xué)習(xí)。但在調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前生物教師在開展課堂教學(xué)時(shí)選擇的教學(xué)手段比較單一，基本上都是按照教材上的內(nèi)容開展教學(xué)，只是將知識(shí)原封不動(dòng)地傳授給學(xué)生。這種教學(xué)模式單一、滯后，導(dǎo)致生物課堂枯燥乏味，嚴(yán)重制約了學(xué)生的積極性，無法有效提高高中生物課堂教學(xué)質(zhì)量。

（四）忽視學(xué)生的主體地位

在現(xiàn)代化教育理念下，只有尊重學(xué)生在課堂上的主體地位，引導(dǎo)學(xué)生以課堂主人的身份積極參與到知識(shí)的探究學(xué)習(xí)中，才能促使學(xué)生在探究中逐漸形成科學(xué)的思維。但在調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，高中生物教師在開展課堂教學(xué)時(shí)深受應(yīng)試教學(xué)理念的束縛，往往忽視學(xué)生的課堂主體地位，沒有在課堂上給學(xué)生留有足夠的探究時(shí)間和空間。甚至是原本需要學(xué)生積極探究的問題，教師也是采用灌輸和講解的方式解決問題，直接忽略了學(xué)生的思考和探究過程，嚴(yán)重制約了學(xué)生科學(xué)思維素養(yǎng)的發(fā)展。

（五）生物實(shí)驗(yàn)的機(jī)會(huì)比較少

基于生物學(xué)科的特點(diǎn)，生物實(shí)驗(yàn)是課堂教學(xué)最重要的組成部分。通過有效的生物實(shí)驗(yàn)，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)操作、觀察的過程中可對(duì)生物理論知識(shí)形成深刻的理解，提高自己的觀察、思維、探究能力。而在調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，在高中生物課堂教學(xué)過程中，受到多種因素的制約，教師預(yù)留給學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究的機(jī)會(huì)比較少，基本上都是通過演示實(shí)驗(yàn)、講實(shí)驗(yàn)的方式進(jìn)行的。如此，嚴(yán)重束縛了生物實(shí)驗(yàn)的教育價(jià)值，制約了學(xué)生科學(xué)思維的培養(yǎng)[1]。

二、模型建構(gòu)培養(yǎng)高中生物科學(xué)思維核心素養(yǎng)的具體運(yùn)用

（一）構(gòu)建結(jié)構(gòu)模型，強(qiáng)化觀察和分析能力

在高中生物教學(xué)中，由于知識(shí)點(diǎn)繁雜且知識(shí)點(diǎn)具備一定的難度，學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中常常面臨較大困難，這不僅制約了學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，甚至還會(huì)打擊學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。基于此，為了促使抽象知識(shí)形象化，加深學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解，高中生物教師在優(yōu)化課堂教學(xué)時(shí)就可通過構(gòu)建生物模型的方式將抽象的知識(shí)具體化，以便于學(xué)生更加直觀地學(xué)習(xí)生物知識(shí)，提升學(xué)習(xí)的效果，進(jìn)而為促進(jìn)科學(xué)思維發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。例如，在“生物細(xì)胞知識(shí)”的教學(xué)中，由于這一部分的內(nèi)容比較抽象，學(xué)生在學(xué)習(xí)中很難對(duì)其進(jìn)行深刻的理解。面對(duì)這一狀況，高中生物教師在優(yōu)化課堂教學(xué)時(shí)就可以借助生物模型的方式將抽象的知識(shí)形象化。具體來說，教師可以給學(xué)生提供一段生物知識(shí)內(nèi)容：“一個(gè)成人大約擁有100萬億個(gè)細(xì)胞，而這些細(xì)胞都源于一個(gè)細(xì)胞?！蓖瑫r(shí)，教師可以結(jié)合教學(xué)內(nèi)容，為學(xué)生提出問題：“人類為什么會(huì)擁有如此多的細(xì)胞，為什么細(xì)胞會(huì)這么?。俊边@個(gè)問題和情境的設(shè)計(jì)，喚醒了學(xué)生的求知欲望。接著，教師引導(dǎo)學(xué)生開展建模，將細(xì)胞假設(shè)為立方體，并將立方體的邊長設(shè)置為2cm、4cm、3cm、5cm，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)立方體的表面積和體積進(jìn)行計(jì)算。待到學(xué)生看到計(jì)算結(jié)果之后，就會(huì)對(duì)細(xì)胞大小產(chǎn)生清晰的概念。如此一來，生物結(jié)構(gòu)模型的應(yīng)用，使得原本抽象的生物知識(shí)變得更加具體化、直觀化、形象化，不僅降低了學(xué)生的學(xué)習(xí)難度，促使學(xué)生更好地掌握相關(guān)知識(shí)，也促使學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中發(fā)展了自身的科學(xué)思維能力[2]。

（二）構(gòu)建概念模型，明確知識(shí)內(nèi)在聯(lián)系

在高中生物課堂教學(xué)中，生物知識(shí)繁多且復(fù)雜，其中包含的概念性知識(shí)非常多。以往學(xué)生在對(duì)這些生物概念知識(shí)進(jìn)行學(xué)習(xí)的時(shí)候，基本上都是通過死記硬背的方式進(jìn)行的。在這種學(xué)習(xí)模式下，即便是學(xué)生在死記硬背中掌握了這些概念知識(shí)，但學(xué)生常常不知道這些概念的相通性，無法實(shí)現(xiàn)知識(shí)的融會(huì)貫通?；诖耍瑸榱颂嵘咧猩镎n堂教學(xué)效果，促進(jìn)學(xué)生的科學(xué)思維素養(yǎng)發(fā)展，教師就可以靈活借助概念模型的方式進(jìn)行教學(xué)，將概念生物模型融入課堂教學(xué)中，并將不同層次的生物概念內(nèi)涵、概念外延等進(jìn)行清晰的闡述，以便于學(xué)生更好地掌握生物概念。例如，在教學(xué)“有氧呼吸過程”相關(guān)概念時(shí)，教師可以遵循以下流程構(gòu)建生物概念模型：首先，對(duì)課本中文字表述進(jìn)行分析，嘗試將有氧呼吸三個(gè)階段的反應(yīng)式進(jìn)行總結(jié)和書寫;其次，依據(jù)歸納的知識(shí)，寫出與構(gòu)建對(duì)象相關(guān)的元素，即：有氧呼吸過程中涉及的反應(yīng)物、產(chǎn)物等;再次，對(duì)建模中各個(gè)組成的要素進(jìn)行合理安排，并添加與其相關(guān)的文字信息，包括：酶、能量、反應(yīng)階段、反應(yīng)場所等，使得概念模型更加精準(zhǔn)、完善;最后，對(duì)生物概念模型進(jìn)行完善、校對(duì)和繪制，并添加相關(guān)的圖注[3]。如此一來，通過生物概念模型的構(gòu)建并對(duì)生物概念之間的內(nèi)在聯(lián)系進(jìn)行清晰的表述，學(xué)生可以在概念模型的幫助下深層次地理解概念。同時(shí)，學(xué)生在生物模型的建構(gòu)中也逐漸形成了生物學(xué)大概念，提高了歸納能力、概括能力，奠定了科學(xué)思維發(fā)展的基礎(chǔ)。

（三）建構(gòu)實(shí)物模型，強(qiáng)化學(xué)生的空間想象素養(yǎng)

實(shí)物模型是高中生物建模中常見的一種形式，主要是借助實(shí)物的形式，對(duì)生物知識(shí)發(fā)生過程、結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行更加直觀的表達(dá)。尤其是在高中生物課堂教學(xué)中，通過簡單的實(shí)物模型將復(fù)雜的生物知識(shí)轉(zhuǎn)化為簡單的知識(shí)，以便于學(xué)生在學(xué)習(xí)中實(shí)現(xiàn)科學(xué)思維的培養(yǎng)。尤其是在現(xiàn)行高中生物教材中給出的圖形基本上都是平面圖，給學(xué)生的生物學(xué)習(xí)、科學(xué)思維能力培養(yǎng)等帶來了較大的難度。面對(duì)這一現(xiàn)狀，為了促進(jìn)學(xué)生科學(xué)思維能力的培養(yǎng)，教師在構(gòu)建生物模型時(shí)就可借助實(shí)物模型，引導(dǎo)學(xué)生在直觀感知下對(duì)生物知識(shí)的空間結(jié)構(gòu)形成深刻的認(rèn)識(shí)，最終強(qiáng)化生物知識(shí)學(xué)習(xí)效果。例如，在教學(xué)“生物膜流動(dòng)鑲嵌模型”相關(guān)知識(shí)時(shí)，學(xué)生通過教材上理論知識(shí)的學(xué)習(xí)，可初步掌握本章節(jié)中的理論知識(shí)，并形成基本的歸納、總結(jié)等思維能力。為了引導(dǎo)學(xué)生對(duì)本章節(jié)內(nèi)容形成更加深刻的理解，強(qiáng)化學(xué)生的歸納能力、總結(jié)能力，教師就借助了實(shí)物模型，引導(dǎo)學(xué)生以紅色的黏土代表磷脂分子的頭部，以火柴棒代表磷脂分子的尾部，以白色黏土代表蛋白質(zhì)，綠色黏土代表糖類等，將“蛋白質(zhì)、磷脂、糖類”這三大有機(jī)物質(zhì)的形態(tài)特征直觀地展示出來，最終建立細(xì)胞膜的流動(dòng)鑲嵌模型。如此一來，應(yīng)用實(shí)物模型將抽象的知識(shí)直觀、形象地呈現(xiàn)出來，也促使學(xué)生在學(xué)習(xí)中發(fā)展了自身的觀察、空間想象素養(yǎng)等，為科學(xué)思維發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)[4]。

（四）建構(gòu)過程模型，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率

高中生物知識(shí)常常涉及生物活動(dòng)規(guī)律的探究、能量流動(dòng)機(jī)理的闡述等內(nèi)容。這些內(nèi)容伴隨著能量或是生物數(shù)量的動(dòng)態(tài)變化過程，比較抽象難懂，導(dǎo)致學(xué)生無法深入理解其中的生物原理?；诖耍處熆梢詷?gòu)建過程模型的形式開展教學(xué)活動(dòng)，通過流程圖的形式將生命活動(dòng)規(guī)律或者生物現(xiàn)象機(jī)理直觀地展示給學(xué)生，幫助學(xué)生更好地理解生物現(xiàn)象的動(dòng)態(tài)過程，把握生物知識(shí)的內(nèi)在規(guī)律。例如，在教學(xué)“能量流動(dòng)”相關(guān)知識(shí)時(shí)，教師可以通過問題的形式引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建食物鏈中能量流動(dòng)的過程模型，幫助學(xué)生深入理解生物鏈的本質(zhì)和能量流動(dòng)規(guī)律。如在草（生產(chǎn)者）、兔子（第二營養(yǎng)級(jí)）、狐貍（第三營養(yǎng)級(jí)）、老虎（最高營養(yǎng)級(jí)）組成的食物鏈中，能量是單向流動(dòng)的，除了流向下一營養(yǎng)級(jí)以外，能量會(huì)以呼吸、排泄等方式散失。因此，可以構(gòu)建能量流動(dòng)的過程模型“草（生產(chǎn)者）—兔子（第二營養(yǎng)級(jí)）—狐貍（第三營養(yǎng)級(jí)）—老虎（最高營養(yǎng)級(jí)）”，然后表明能量流向下一營養(yǎng)級(jí)的數(shù)量。這樣就能夠直觀地計(jì)算出能量的傳遞效率，理解在生物系統(tǒng)中能量的流動(dòng)方向、效率和方式，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率，培養(yǎng)學(xué)生生物核心素養(yǎng)。

（五）構(gòu)建數(shù)學(xué)模型，探究本質(zhì)規(guī)律

在高中生物建模教學(xué)中，數(shù)學(xué)模型是其中最重要的一種。數(shù)學(xué)模型在高中生物知識(shí)的應(yīng)用可充分發(fā)揮數(shù)學(xué)知識(shí)的服務(wù)價(jià)值，以便于學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中一目了然地學(xué)習(xí)生物知識(shí)，并運(yùn)用數(shù)學(xué)思維方法培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維素養(yǎng)。因此，高中生物教師在引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建生物模型時(shí)可結(jié)合所學(xué)的內(nèi)容，以表格、曲線、公式等數(shù)學(xué)模型將其呈現(xiàn)出來，進(jìn)而促使學(xué)生在數(shù)學(xué)模型的輔助下加深生物知識(shí)的理解。例如，在“酵母菌種群數(shù)量變化規(guī)律”的教學(xué)中，為了培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維素養(yǎng)，就融入了數(shù)學(xué)模型。首先，教師可以結(jié)合本章節(jié)的內(nèi)容以及生活中利用酵母菌發(fā)酵制作視頻的現(xiàn)象創(chuàng)設(shè)情境，并隨之提出問題“培養(yǎng)液中的酵母菌種群數(shù)量是如何變化的？”接著，教師結(jié)合教學(xué)內(nèi)容提出合理的假設(shè)，并將具體的假設(shè)內(nèi)容列舉出來，即對(duì)酵母菌種群數(shù)量的外界影響因素進(jìn)行探究;再接著，引導(dǎo)學(xué)生開展實(shí)驗(yàn)，得出實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并依據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)構(gòu)建坐標(biāo)圖，以X軸作為時(shí)間軸，以Y軸代表種群數(shù)量，最終繪制出種群數(shù)量的變化曲線圖。如此一來，通過數(shù)學(xué)模型的應(yīng)用，學(xué)生可在直觀、形象的曲線、數(shù)學(xué)公式中精準(zhǔn)把握酵母菌種群數(shù)量的變化規(guī)律，提高了自身的學(xué)習(xí)質(zhì)量和效率。同時(shí)，學(xué)生在現(xiàn)象觀察、數(shù)據(jù)處理的過程中，也最大限度地提高了自身的演繹推理能力、歸納推理能力等，真正提升了科學(xué)思維素養(yǎng)。

三、模型建構(gòu)培養(yǎng)高中生物科學(xué)思維核心素養(yǎng)的應(yīng)用誤區(qū)

在高中生物教學(xué)中，為了提升生物模型應(yīng)用價(jià)值，更好地促進(jìn)科學(xué)思維素養(yǎng)培養(yǎng)，教師還應(yīng)注意以下兩個(gè)應(yīng)用誤區(qū)：（1）避免構(gòu)建過多的生物模型。在實(shí)際生物教學(xué)中，過度使用生物模型，反而會(huì)使得生物學(xué)科更加煩瑣，無形中增加了學(xué)生的生物學(xué)習(xí)壓力。因此，教師在構(gòu)建模型時(shí)必須堅(jiān)持具體問題具體分析的原則，科學(xué)應(yīng)用生物模型。（2）避免傳授模型。為了促進(jìn)學(xué)生的科學(xué)思維素養(yǎng)，教師在指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行生物建模的時(shí)候，還應(yīng)堅(jiān)持“授之以魚不如授之以漁”的原則，引導(dǎo)學(xué)生自主建構(gòu)，避免傳授模型，引導(dǎo)學(xué)生在自建模型的過程中全面促進(jìn)思維能力的發(fā)展。

四、結(jié)語

綜上所述，將生物建模融入課堂教學(xué)中，降低了學(xué)生的學(xué)習(xí)難度，也促使學(xué)生在生物建模的過程中提高了思維能力，推動(dòng)了自身科學(xué)思維的發(fā)展?；诖?，高中生物教師必須從傳統(tǒng)教學(xué)模式中解放出來，結(jié)合教學(xué)內(nèi)容靈活開展生物建模，促使學(xué)生在多種模型的學(xué)習(xí)中循序漸進(jìn)地提升自身的科學(xué)思維素養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)：

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[責(zé)任編輯 郭麗杰]

作者簡介：蔡海山（1981.10— ），男，漢族，甘肅武威人，中級(jí)教師，研究方向：高中生物教育教學(xué)。