郝琦蕾 姚燦

摘? ?要?生物模型建構(gòu)教學(xué)對學(xué)生形成科學(xué)思維、培養(yǎng)創(chuàng)新能力與實踐能力具有重要意義。建構(gòu)物理模型的教學(xué)有助于培養(yǎng)學(xué)生的空間認(rèn)知能力;建構(gòu)數(shù)學(xué)模型的教學(xué)有助于培養(yǎng)學(xué)生的類比推理能力;建構(gòu)概念模型的教學(xué)有助于培養(yǎng)學(xué)生的系統(tǒng)思維與邏輯思維能力;圖示圖表模型建構(gòu)教學(xué)有助于培養(yǎng)學(xué)生的形象思維能力。模型建構(gòu)教學(xué)存在的問題有：教師對模型建構(gòu)教學(xué)不重視，引導(dǎo)學(xué)生建模意識不強;輕易否定學(xué)生所建立的模型，沒有引導(dǎo)學(xué)生對建構(gòu)的模型進行檢驗和完善;模型教學(xué)中以教師為中心，學(xué)生極少動腦動手建構(gòu)模型?；谘芯刻岢鱿鄳?yīng)建議。

關(guān)鍵詞 核心素養(yǎng)? 高中生物? 模型建構(gòu)教學(xué)

2017年頒布的《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（實驗）》[1]強調(diào)培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)，在模型建構(gòu)過程中探討、闡釋生命現(xiàn)象及規(guī)律，逐步發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維，形成生命觀念。學(xué)科核心素養(yǎng)是學(xué)科育人價值的集中體現(xiàn)，主要通過教學(xué)來實現(xiàn)。生物模型建構(gòu)教學(xué)對培養(yǎng)學(xué)生思維能力、創(chuàng)新能力與實踐能力具有重要意義。

一、模型的概念及分類

模型是由元素、關(guān)系、操作以及控制其相互作用的規(guī)則組成的概念系統(tǒng)，是由一些外部表征體系來呈現(xiàn)的[2]。模型作為一個工具或一種媒介，幫助科學(xué)家們描述、解釋或者預(yù)測現(xiàn)象。在教育領(lǐng)域中將模型引入，通過模型將困難的知識點簡化、具體化、形象化，有助于學(xué)生掌握并理解所學(xué)知識。哈里森（A.G.Harrison）和揣古斯特（D.F.Treagust）于2000年將模型分類為[3]尺度模型、類比模型、圖像和符號模型、數(shù)學(xué)模型、理論模型、示意圖、圖表和表格、概念—過程模型等等。

生物模型是將生物學(xué)研究原型的一些次要的、非本質(zhì)聯(lián)系舍去，形象簡約地表現(xiàn)生物原型或突出反映原型的主要特征和聯(lián)系的一種理想物質(zhì)、過程或假想結(jié)構(gòu)[4]。對生物教學(xué)而言，物理模型、數(shù)學(xué)模型、概念模型、圖示圖表模型已成為生物課堂上的主要模型。物理模型：是一種實物模型，或者是一種裝置，也可以是按照比例大小制作的模型，如檢驗植物呼吸作用中是否存在CO2的實驗裝置，心臟的模型，人腦的模型等。數(shù)學(xué)模型：能夠表示事物之間的數(shù)學(xué)關(guān)系、性質(zhì)的方程式，應(yīng)用數(shù)學(xué)的圖表等。如種群增長“J”型曲線模型的構(gòu)建是在推導(dǎo)數(shù)學(xué)公式的基礎(chǔ)上完成的。概念模型：對概念等進行歸納整理，以知識結(jié)構(gòu)體系來呈現(xiàn)，常用的概念模型是概念圖和思維導(dǎo)圖，通常用于復(fù)習(xí)總結(jié)課中。圖示圖表模型：是一種將描述的概念用圖形或者圖表來表示，區(qū)別于數(shù)學(xué)模型，并沒有表示數(shù)學(xué)關(guān)系，如有絲分裂的過程用畫圖的方式清晰地展現(xiàn)出來，用表格的形式比較主動運輸和被動運輸?shù)奶攸c。

二、高中生物模型建構(gòu)教學(xué)案例及分析

1.物理模型建構(gòu)教學(xué)有利于培養(yǎng)學(xué)生的空間認(rèn)知能力

【案例1】建構(gòu)真核細(xì)胞三維立體結(jié)構(gòu)模型（以動物細(xì)胞為例）

教學(xué)目標(biāo)：嘗試制作真核細(xì)胞的三維立體結(jié)構(gòu)模型，體驗建構(gòu)模型的過程。

教學(xué)器材：各種顏色的橡皮泥和卡紙，大頭針。

教學(xué)過程：（1）教師在課堂上講授模型的概念、類型以及原則（科學(xué)性、準(zhǔn)確性、美觀性）。（2）安排學(xué)生小組活動，確定使用的材料用具，討論細(xì)胞器之間如何連接以及規(guī)定各個細(xì)胞器的顏色，制作時注意突出各細(xì)胞器結(jié)構(gòu)特點，以便于觀察。（3）分工制作各細(xì)胞器;將各細(xì)胞器組合在一起，完整地呈現(xiàn)真核細(xì)胞結(jié)構(gòu)模型。（4）小組成員查漏補缺，完成之后集體展示模型，進行組內(nèi)自評、組間互評、教師評價，并提出完善建議。

在這節(jié)課上教師對模型概念及建模方法進行了介紹，讓學(xué)生對模型建構(gòu)有了初步認(rèn)識，教師將學(xué)生分為幾組進行合作學(xué)習(xí)，隨后學(xué)生充分發(fā)揮自己的想象力和創(chuàng)造力建構(gòu)物理模型。建模教學(xué)是以全體學(xué)生積極參與為前提，鼓勵所有學(xué)生都參與到建構(gòu)、驗證和應(yīng)用模型的過程中[5]。通過模型建構(gòu)教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生的思維能力、合作學(xué)習(xí)能力和科學(xué)探究能力。

2.數(shù)學(xué)模型建構(gòu)教學(xué)有利于培養(yǎng)學(xué)生的類比推理能力，形成科學(xué)思維

【案例2】教師引導(dǎo)學(xué)生回憶“大腸桿菌數(shù)量變化”，使用多媒體展示“澳大利亞野兔成倍數(shù)增長”數(shù)量變化，提出澳大利亞野兔數(shù)量增長的原因是什么，大致的數(shù)量增長曲線又當(dāng)如何，學(xué)生討論分析澳大利亞野兔增長規(guī)律，確定與“大腸桿菌增長”曲線類似（假設(shè)在營養(yǎng)物質(zhì)和生存空間沒有限制的情況下），幾次分裂之后發(fā)現(xiàn)大腸桿菌種群數(shù)量的公式為N=2n，呈“J”型。接著教師提出，若最初野兔的數(shù)量為10個，那么野兔的數(shù)量增長公式又是怎樣的呢？隨后教師帶領(lǐng)學(xué)生推理出Nt=No×λt這個數(shù)學(xué)模型。

教師將此節(jié)課堂分為兩部分，第一部分通過實例來計算并推導(dǎo)出數(shù)學(xué)公式，讓學(xué)生產(chǎn)生初步的建模意識;第二部分教師通過建構(gòu)數(shù)學(xué)模型引出新知識的學(xué)習(xí)，讓學(xué)生意識到模型的重要性，隨后教師帶領(lǐng)學(xué)生由特殊到一般，從大腸桿菌種群數(shù)量N=2n推導(dǎo)出Nt=No×λt。此過程中學(xué)生探索數(shù)據(jù)背后的規(guī)律，培養(yǎng)了類比推理能力;借助數(shù)學(xué)模型學(xué)生更加容易理解生物學(xué)知識，促進科學(xué)思維的形成;同時幫助學(xué)生探索生命活動規(guī)律，形成生命觀念，嘗試將所學(xué)知識用于解決實際問題。

3.概念模型建構(gòu)教學(xué)有助于培養(yǎng)學(xué)生的系統(tǒng)思維與邏輯思維能力

【案例3】教室里正在進行“走進細(xì)胞”的復(fù)習(xí)總結(jié)課的講授。課堂上，教師首先陳述生命結(jié)構(gòu)和功能的基本單位是細(xì)胞，并將其作為概念圖中心，隨后引導(dǎo)學(xué)生依次從細(xì)胞的類型、作為結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的原因、生命系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)層次等方面回憶知識，然后教師繪制概念圖，并讓學(xué)生抄到筆記本上。

由于概念圖直觀形象、簡明扼要，是學(xué)生進行有意義學(xué)習(xí)的重要工具，故被用在復(fù)習(xí)時查漏補缺，鞏固知識。一般來說，學(xué)生自己發(fā)現(xiàn)、建構(gòu)的知識要比教師灌輸、學(xué)生記憶獲得的知識更為牢固。在這節(jié)課中，學(xué)生只是回憶知識，概念圖的構(gòu)建基本是由教師完成，學(xué)生沒有動手繪制概念圖，可見，教師培養(yǎng)學(xué)生建模的意識不強。建模應(yīng)以學(xué)生為中心，鼓勵學(xué)生搜集相關(guān)信息并自主建構(gòu)知識概念圖，便于學(xué)生整體把握知識框架，更好地理解并記憶知識。學(xué)生自主歸納總結(jié)構(gòu)思，有助于形成科學(xué)思維，而且學(xué)生自主繪制概念圖模型，強化和深化了原有的認(rèn)知，提高了學(xué)習(xí)效率。

【案例4】在“人類遺傳病”這一節(jié)復(fù)習(xí)課上，教師引導(dǎo)學(xué)生回顧本章的知識要點，包括染色體異常遺傳病、多基因遺傳病、單基因遺傳病等，然后系統(tǒng)地講述思維導(dǎo)圖的制作方法，讓學(xué)生建立整體認(rèn)識，形成人類遺傳病的知識結(jié)構(gòu)。（第一步提煉“主題”和“次主題”。第二步按照思維導(dǎo)圖繪制的一般步驟，完成思維導(dǎo)圖。第三步師生共同進行補充、完善。）“主題”即是人類遺傳病，“次主題”是與人類遺傳病有關(guān)的知識要點，涉及的內(nèi)容比較多。

思維導(dǎo)圖可以直觀地表達抽象的生物學(xué)概念和規(guī)律，簡潔明了地表現(xiàn)復(fù)雜的知識結(jié)構(gòu)，幫助學(xué)生在宏觀上把握生物學(xué)知識體系，促進學(xué)生有意義學(xué)習(xí)，形成生命觀念。

4.圖示圖表模型建構(gòu)教學(xué)能增強直觀性，培養(yǎng)學(xué)生的形象思維能力

【案例5】“有絲分裂”教學(xué)片段

活動過程：安靜的教室里正播放著“一個細(xì)胞經(jīng)有絲分裂增殖為兩個細(xì)胞”的視頻，學(xué)生們聚精會神地觀看。教師帶領(lǐng)學(xué)生觀察有絲分裂前期內(nèi)容，要求學(xué)生簡要描述主要變化。學(xué)生迅速地瀏覽，爭先恐后地回答：有“染色質(zhì)絲”“縮短變粗”“并列”“一個著絲點”“核膜解體”“核膜消失”“紡錘體”。接著教師讓小組成員發(fā)揮自己的想象繪制前期的圖式模型，并在組內(nèi)和組間討論比較展示，課堂氣氛非?；钴S。教師對前期進行總結(jié)概括并畫出科學(xué)的“前期”圖，學(xué)生認(rèn)真比較老師和自己的圖，修改完善。同樣的方式，教師帶著學(xué)生一起繼續(xù)發(fā)現(xiàn)，繪制分裂期其他階段的圖。

課堂上教師帶領(lǐng)學(xué)生找關(guān)鍵詞，并根據(jù)關(guān)鍵詞發(fā)揮想象，用示意圖直觀地表示出來，發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的規(guī)律，形成認(rèn)識生命的基本觀念。

示意圖是一種清晰、簡單、明了的模型，學(xué)生獲得了直觀認(rèn)識更易理解知識，加深對知識點的記憶，有利于培養(yǎng)學(xué)生的想象力和創(chuàng)造力以及形象思維能力。

三、高中生物模型建構(gòu)教學(xué)的實施建議

模型建構(gòu)教學(xué)存在的問題及建議：（1）學(xué)生在生物學(xué)學(xué)習(xí)過程中并沒有形成建模意識，說明教師引導(dǎo)學(xué)生建模的意識不強，重視不夠。在初中階段教師就應(yīng)當(dāng)培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識科學(xué)規(guī)律，探究模型建構(gòu)的過程，在日常教學(xué)活動中滲透建模思想，為高中學(xué)習(xí)夯實基礎(chǔ)[8]。另外，在建模教學(xué)課開始之前教師要介紹模型的定義、類型、建構(gòu)模型的方法與原則，在課中教師要引導(dǎo)學(xué)生主動建構(gòu)模型，要求學(xué)生獨立完成模型的制作，并在下節(jié)課展示評價。（2）在模型完成后，教師不應(yīng)該輕易地否定學(xué)生所建立的模型。在課堂上教師面向全體學(xué)生，讓每個學(xué)生都能參與到建模中，對做得不好的地方進行啟發(fā)點撥，對做得好的學(xué)生給予表揚鼓勵。模型完成后引導(dǎo)對模型持有懷疑態(tài)度以及模型建構(gòu)存有缺漏的學(xué)生，回顧建模過程，找出存在的問題并進行查漏補缺。（3）有的教師直接對照模具講授新課，沒有引導(dǎo)學(xué)生主動建構(gòu)模型，這種課堂仍然是以教師為中心，學(xué)生處于被動地位。教師應(yīng)講授模型的建構(gòu)方法，引導(dǎo)學(xué)生自己動手構(gòu)建模型，教師點撥指導(dǎo)，發(fā)揮學(xué)生的主體作用，培養(yǎng)學(xué)生的建模能力。（4）建模教學(xué)由于圍繞模型展開教學(xué)，會打亂原有的教材順序，并減少內(nèi)容覆蓋，這些會令教師感到不適應(yīng)，且學(xué)生一開始需要花費時間來深入理解和訓(xùn)練發(fā)展模型的技能[9]。因此，在預(yù)定某節(jié)課進行模型建構(gòu)教學(xué)時，需提前對整節(jié)課做好時間安排。

建模實際就是學(xué)生根據(jù)知識內(nèi)容，在大腦中將理想的模型構(gòu)建出來，再動手實踐，并根據(jù)實際情況加以修改完善的過程。教師注重將建模思想和方法貫穿在教學(xué)中，引導(dǎo)學(xué)生積極主動建構(gòu)模型，并適時給予針對性的點撥和幫助，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、分析與解決問題的能力。由于生物學(xué)與生活密切關(guān)聯(lián)，課堂上通過建構(gòu)模型有助于學(xué)生深刻地認(rèn)識生命現(xiàn)象及規(guī)律，形成生命觀念，并將所學(xué)知識應(yīng)用于解決生活中的問題，增強學(xué)生的社會責(zé)任意識。

參考文獻

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[9]張靜，郭玉英.物理建模教學(xué)的理論與實踐簡介[J].大學(xué)物理，2013，32（02）.

[作者：郝琦蕾（1968-），女，山西臨汾人，山西師范大學(xué)教師教育學(xué)院教授，博士，碩士生導(dǎo)師;姚燦（1995-），女，湖北武漢人，山西師范大學(xué)教師教育學(xué)院在讀碩士研究生。]

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