吳海峰

摘 ? 要

在教學(xué)過程中，通過建構(gòu)模型來強(qiáng)化教學(xué)重點(diǎn)、突破教學(xué)難點(diǎn)，以及為形成理論建立基礎(chǔ)，進(jìn)而培養(yǎng)和發(fā)展學(xué)生能力，是生物學(xué)科教學(xué)的主旋律。構(gòu)建模型是自然科學(xué)研究中常用的一種認(rèn)識(shí)手段和思維方法，能夠獲取、拓展和深化對(duì)客體的認(rèn)識(shí)。從把握事物本質(zhì)、建立素養(yǎng)觀念、發(fā)展評(píng)價(jià)體系的層面來考量，高中生物學(xué)模型教學(xué)必須追本溯源。

關(guān)鍵詞

高中生物學(xué) ?模型教學(xué) ?認(rèn)知世界 ?核心素養(yǎng) ?評(píng)價(jià)體系

2003年，教育部頒布的《普通高中生物課程標(biāo)準(zhǔn)》，第一次明確將生物學(xué)模型教學(xué)作為課程目標(biāo)之一。經(jīng)過近二十年的研究和探索，相關(guān)理論探討和實(shí)踐案例得到不斷豐富[1]。我們?cè)谟谜Z(yǔ)言表述生命現(xiàn)象和生命活動(dòng)規(guī)律的同時(shí)，也經(jīng)常會(huì)用模型來進(jìn)行解釋，增加了對(duì)生命現(xiàn)象和生命活動(dòng)規(guī)律表述及呈現(xiàn)的方式，這樣的方式已經(jīng)成為教學(xué)不可或缺的一部分[2]。但是筆者在探索和實(shí)踐中也發(fā)現(xiàn)了模型教學(xué)的些許不足之處，通過思考形成了一些個(gè)體認(rèn)識(shí)。

一、深度理解科學(xué)本質(zhì)，把握世界本原

高中生物學(xué)課程，涵蓋了對(duì)《分子與細(xì)胞》《遺傳與變異》《穩(wěn)態(tài)與調(diào)節(jié)》《生物與環(huán)境》《生物技術(shù)與工程》的全面解釋與探索。她就像一把鑰匙，為高中生打開了一扇了解世界、認(rèn)知生命和善于觀察事物的門。每一位學(xué)生都有自己獨(dú)特的認(rèn)知方式，都在建立屬于自己的學(xué)習(xí)模型。

高中生更多地習(xí)慣于程序化地學(xué)習(xí)問題。他們對(duì)某些生物學(xué)問題，先運(yùn)用所學(xué)知識(shí)與觀點(diǎn)，把握原型的主要特點(diǎn)和活動(dòng)規(guī)律，利用三維空間進(jìn)行思維，再通過模仿選擇和建立研究對(duì)象，將設(shè)計(jì)或制作好的模型置于與原型“相似”的條件下進(jìn)行對(duì)比：選用物理模型研究結(jié)構(gòu)問題、探索概念模型研究過程機(jī)理問題、分析數(shù)學(xué)模型研究定量問題、綜合模擬的結(jié)果類推到原型，運(yùn)用以上方法對(duì)生物學(xué)問題進(jìn)行解釋、推理并作出合理的判斷或得出正確的結(jié)論，在多方評(píng)價(jià)和不斷修改過程中提高能力。

比如，我們可以通過物理模型、數(shù)學(xué)模型以及一系列實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)酶的作用專一性（特異性）的學(xué)習(xí)，基本理解“酶的專一性是確保細(xì)胞代謝和生命活動(dòng)的有序性的前提”。我們將酶的專一性回歸到事物的本原：酶具有活性中心，這個(gè)活性中心是由兩個(gè)基團(tuán)組成，分別是結(jié)合基團(tuán)和催化基團(tuán)，其中結(jié)合基團(tuán)就是酶與底物結(jié)合的部位，體現(xiàn)酶的專一性;通常一種酶可有多個(gè)底物，但是每個(gè)底物與酶活性中心的結(jié)合部位不同，這也說明了酶的專一性。這樣，我們能夠深度理解代謝過程中酶活性的調(diào)節(jié)機(jī)制：變（別）構(gòu)效應(yīng)、共價(jià)修飾、酶原激活、酶分子的聚合以及解聚、抑制劑和激活劑。

還有“探究植物細(xì)胞吸水和失水”的學(xué)習(xí)，我們通常先從擴(kuò)散作用遷移到滲透裝置及滲透現(xiàn)象的條件發(fā)生分析入手，再與高等植物成熟細(xì)胞的原生質(zhì)層結(jié)構(gòu)相類比，進(jìn)而推理出“高等植物成熟細(xì)胞相當(dāng)于一個(gè)滲透系統(tǒng)”;然后讓學(xué)生從理論上構(gòu)建高等植物成熟細(xì)胞發(fā)生質(zhì)壁分離和復(fù)原的條件模型，預(yù)設(shè)可能發(fā)生的變化;再讓學(xué)生合理選材、設(shè)計(jì)并實(shí)施驗(yàn)證推理的探究實(shí)驗(yàn)，全面地考慮試劑（包括濃度、性質(zhì)等）的選擇、方法與步驟、分析實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的現(xiàn)象及其原因等，并認(rèn)清植物細(xì)胞吸水除了與濃度差有關(guān)以外的其他條件;然后由實(shí)驗(yàn)中得出的結(jié)論延伸到該實(shí)驗(yàn)的實(shí)際應(yīng)用（測(cè)定細(xì)胞液濃度、判斷細(xì)胞死活等）;最后跳出教材內(nèi)容，運(yùn)用模型去解決農(nóng)作物合理施肥、合理灌溉等實(shí)際問題，使理論又回到生產(chǎn)實(shí)踐中去，進(jìn)而強(qiáng)化學(xué)生對(duì)高中生物學(xué)知識(shí)的充分理解。

顯然，教學(xué)中的模型建構(gòu)不僅要實(shí)施，而且要在實(shí)施中實(shí)現(xiàn)概念的形成和理解，更重要的是學(xué)生在體驗(yàn)、思考和創(chuàng)造中認(rèn)同模型建構(gòu)的過程是一個(gè)動(dòng)態(tài)完善的認(rèn)知過程，并且批判性地認(rèn)知任何模型都不是十全十美的，須要在不斷補(bǔ)充、修正中完善知識(shí)體系，同時(shí)也培養(yǎng)了他們有條理地思索、實(shí)踐與表達(dá)進(jìn)而真正認(rèn)識(shí)真實(shí)世界的能力，更提高了邏輯思維能力，進(jìn)而更多地關(guān)注事物的各個(gè)部分。長(zhǎng)久持續(xù)的實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，很多學(xué)生更傾向于對(duì)情境或信息的分析，同時(shí)思考比較復(fù)雜的多個(gè)假設(shè)，并且每個(gè)假設(shè)同時(shí)設(shè)計(jì)若干屬性，從全盤上考慮如何解決問題，從而形成整體的認(rèn)知。

二、優(yōu)化科學(xué)思維結(jié)構(gòu)，建立素養(yǎng)觀念

核心素養(yǎng)涵蓋了學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)和學(xué)科核心素養(yǎng)。學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)是從學(xué)生發(fā)展出發(fā)，不考慮本學(xué)科，所提指標(biāo)是跨學(xué)科的，能夠引領(lǐng)學(xué)生在接受對(duì)應(yīng)學(xué)段的學(xué)習(xí)生活過程中逐步形成符合個(gè)人終身發(fā)展和適應(yīng)社會(huì)發(fā)展需要的必備品格、必要能力;學(xué)科核心素養(yǎng)則是從學(xué)生本質(zhì)出發(fā)，對(duì)照學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)框架體系的要求，明確本學(xué)科對(duì)學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)的貢獻(xiàn)，雖有明確的學(xué)科特點(diǎn)，但也不是學(xué)科內(nèi)生和固有的，仍具一定的跨學(xué)科性。

比如學(xué)習(xí)“DNA的分子結(jié)構(gòu)”時(shí)，由于課本上簡(jiǎn)要的科學(xué)家探索史并不足以呈現(xiàn)他們?cè)诎l(fā)現(xiàn)DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)模型中的智慧及貢獻(xiàn)，所以應(yīng)首先通過補(bǔ)充資料分析感受眾多科學(xué)家運(yùn)用遺傳學(xué)、生物化學(xué)、細(xì)胞學(xué)、微生物學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)和數(shù)學(xué)等知識(shí)來探尋真知的歷程。其次通過概念模型“五四三二一”的口訣，大概了解DNA分子結(jié)構(gòu)的基本知識(shí)。再次通過解讀DNA分子的平面結(jié)構(gòu)和空間結(jié)構(gòu)理解DNA是生物多樣性、穩(wěn)定性、特異性本質(zhì)的物質(zhì)基礎(chǔ)。然后通過不同材料構(gòu)建和制作多種多樣的DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)模型彌補(bǔ)知識(shí)存在的缺欠。再通過運(yùn)用數(shù)學(xué)模型描述多樣性、穩(wěn)定性、特異性等生命現(xiàn)象的特性，并充分挖掘DNA分子結(jié)構(gòu)中隱含A=T、G=C的等量關(guān)系，推導(dǎo)出其背后的其他規(guī)律，使問題簡(jiǎn)明扼要。最后介紹線粒體DNA在微酸性液體中竟然真的可以形成一種三螺旋結(jié)構(gòu)以及四鏈結(jié)構(gòu)（不是DNA在自然態(tài)下的主要結(jié)構(gòu)），研究它們同樣具有很重要的意義，以便窺見其本質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)生敏銳的洞察力和快速的行動(dòng)力。

還有“細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)和功能”的學(xué)習(xí)中，首先是引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)磷脂分子親疏水的特性以及細(xì)胞內(nèi)外都存在水的實(shí)際情況，推理出磷脂分子構(gòu)成細(xì)胞膜是雙層排布，給學(xué)生一個(gè)初步的認(rèn)識(shí)，不具有科學(xué)性，但可以培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力。緊接著利用1925年荷蘭科學(xué)家的實(shí)驗(yàn)結(jié)論來分析哺乳動(dòng)物成熟的紅細(xì)胞膜的制備實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步認(rèn)知細(xì)胞膜中的磷脂分子排列為連續(xù)的兩層，即便這樣還是認(rèn)識(shí)不到細(xì)胞膜的其他成分。其次是根據(jù)1935年丹尼利和戴維森分析細(xì)胞膜表面張力和“油-水”表面張力差異的觸動(dòng)，改變思考方向，利用化學(xué)試劑檢測(cè)出細(xì)胞膜中含有蛋白質(zhì)。到1959年羅伯特森根據(jù)電子顯微鏡的觀察結(jié)構(gòu)認(rèn)為生物膜由“蛋白質(zhì)—脂質(zhì)—蛋白質(zhì)”三層結(jié)構(gòu)構(gòu)成。后來人們又根據(jù)冰凍蝕刻電子顯微法，確定了細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)，這才是剛剛構(gòu)成細(xì)胞膜的靜態(tài)模型。膜靜態(tài)結(jié)構(gòu)不能解釋細(xì)胞的生長(zhǎng)、變形蟲的變形運(yùn)動(dòng)、受精時(shí)精子與卵細(xì)胞的融合過程、白細(xì)胞吞噬病菌等現(xiàn)象。再次是利用1970年科學(xué)家做的人鼠細(xì)胞雜交實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步提高學(xué)生對(duì)細(xì)胞膜具有流動(dòng)性的認(rèn)知，強(qiáng)化了膜流動(dòng)性對(duì)物質(zhì)運(yùn)輸、細(xì)胞識(shí)別、信息傳導(dǎo)、細(xì)胞分化與細(xì)胞免疫等功能影響的理解。然后是利用1972年桑格和尼克森流動(dòng)鑲嵌模型，通過對(duì)細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的探索，培養(yǎng)學(xué)生概括、比較與質(zhì)疑的科學(xué)思維方式。最后是指導(dǎo)學(xué)生選擇所需的適合材料制作生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型，用磷脂分子尾部的彎曲以及磷脂分子移動(dòng)、翻轉(zhuǎn)來體現(xiàn)流動(dòng)性，用大小、顏色、嵌入方式不同的材料來體現(xiàn)蛋白質(zhì)的多樣性，同學(xué)們?cè)谡故竞头治瞿Ｐ偷倪^程中理解蛋白質(zhì)在其中的鑲嵌方式，初步形成“結(jié)構(gòu)決定功能”的生命觀念。

三、加強(qiáng)真實(shí)情境探究，發(fā)展評(píng)價(jià)體系

中國(guó)高考評(píng)價(jià)體系是根據(jù)新時(shí)代黨的教育方針與國(guó)家教育改革相關(guān)政策文件構(gòu)建的、符合素質(zhì)教育全面發(fā)展要求的、用于指導(dǎo)高考內(nèi)容改革和命題工作的測(cè)評(píng)體系，主要包括高考的核心功能、考查內(nèi)容、考查要求和考查載體等。生物學(xué)高考力求以能力測(cè)試為主導(dǎo)，通過考查考生對(duì)所學(xué)課程基礎(chǔ)知識(shí)、基本技能的掌握程度和運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析、解決實(shí)際問題的能力，最終達(dá)到選拔具有高素質(zhì)人才的目的[3]。

比如，2020年江蘇卷·第22題[4]：有研究者采用熒光染色法制片，在顯微鏡下觀察擬南芥（2N=10）花藥減數(shù)分裂細(xì)胞中染色體形態(tài)、位置和數(shù)目，以下為鏡檢時(shí)拍攝的4幅圖片（如圖3），下列敘述正確的是（ ?）。

A.圖甲、丙中細(xì)胞處于減數(shù)第一次分裂時(shí)期;

B.圖甲細(xì)胞中同源染色體已彼此分離;

C.圖乙細(xì)胞中5個(gè)四分體排列在赤道板附近;

D.圖中細(xì)胞按照減數(shù)分裂時(shí)期排列的先后順序?yàn)榧住摇　?/p>

這道試題設(shè)計(jì)的情境來源于實(shí)驗(yàn)教學(xué)，在考查的方向上，首先是考查了熒光染色法制片的方法、同源染色體、減數(shù)分裂過程等知識(shí)，這是考查學(xué)生在長(zhǎng)期學(xué)習(xí)中所積累的知識(shí)儲(chǔ)備中的基礎(chǔ)性、通用性知識(shí)。其次是一改模型教學(xué)的固定思維，依據(jù)擬南芥的染色體數(shù)為2N=10，故知其細(xì)胞內(nèi)含有5對(duì)同源染色體，在細(xì)胞中呈現(xiàn)5個(gè)亮點(diǎn)，啟發(fā)和培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的意識(shí)習(xí)慣，鼓勵(lì)學(xué)生在獨(dú)立探索的基礎(chǔ)上進(jìn)行交流與合作，綜合利用所學(xué)知識(shí)和技能處理不同情境下的復(fù)雜任務(wù)，讓學(xué)生養(yǎng)成適應(yīng)未來不斷發(fā)展變化的社會(huì)的重要能力。強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的意識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生扎實(shí)的學(xué)科觀念和寬闊的學(xué)科視野特質(zhì)，并促進(jìn)學(xué)生將自身的實(shí)踐能力、創(chuàng)新精神等內(nèi)化為綜合的學(xué)科素養(yǎng)，讓學(xué)生能夠綜合運(yùn)用不同的學(xué)科知識(shí)、思想方法，多角度觀察、思考、發(fā)現(xiàn)、分析和解決問題。著力培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考的能力，引導(dǎo)學(xué)生善于觀察現(xiàn)象，保持自己的思想和足夠的理智，驅(qū)動(dòng)自己積極思維，不斷提出問題，主動(dòng)靈活地應(yīng)用所學(xué)知識(shí)分析和解決實(shí)際問題，在知識(shí)積累、能力提升和素質(zhì)養(yǎng)成的過程中，逐步形成正確的核心價(jià)值觀。最后也是最為關(guān)鍵的一點(diǎn)，這道題如果還是依賴常規(guī)傳統(tǒng)的模型來解決，可能效果不是最佳，只有讓學(xué)生通過相關(guān)實(shí)驗(yàn)觀察，認(rèn)識(shí)到事物的本原，再與構(gòu)建的模型作對(duì)比，才能得到科學(xué)的結(jié)論，這往往會(huì)形成認(rèn)識(shí)的新領(lǐng)域和新視角。

高考評(píng)價(jià)體系還規(guī)定了“情境”作為高考的考查載體，以此承載考查內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)考查要求。情境可以是學(xué)生熟悉的生物學(xué)現(xiàn)象或事實(shí)，例如：焦慮、緊張等心理應(yīng)激會(huì)使T細(xì)胞活性下降，對(duì)病毒、真菌感染的抵抗能力和對(duì)腫瘤細(xì)胞的監(jiān)控能力下降，還間接引起機(jī)體生成抗體的能力降低，由此提出問題，引發(fā)學(xué)生思考神經(jīng)、免疫、內(nèi)分泌三大系統(tǒng)相互調(diào)節(jié)之間的關(guān)系。也可以是學(xué)生學(xué)習(xí)過的現(xiàn)象或問題[5]，例如：做“綠色植物光合色素提取”實(shí)驗(yàn)后，提出用紫葉李的葉片又會(huì)做出什么結(jié)果。還可以是生命科學(xué)史中的重要事件，使學(xué)生能夠在科學(xué)研究精神和科學(xué)研究方法方面得到啟迪。

生物學(xué)科學(xué)習(xí)過程中，需要學(xué)生抱著嚴(yán)謹(jǐn)、認(rèn)真的態(tài)度進(jìn)行學(xué)習(xí)。但嚴(yán)謹(jǐn)、認(rèn)真不等同于刻板教學(xué)，教師在培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神時(shí)，應(yīng)該仔細(xì)分析生物學(xué)科特點(diǎn)，幫助學(xué)生在知識(shí)學(xué)習(xí)中掌握知識(shí)、內(nèi)化精神。通過不斷引導(dǎo)學(xué)生修改和完善概念模型的內(nèi)容和結(jié)構(gòu)，以有效的師生、生生互動(dòng)穩(wěn)步提升學(xué)生對(duì)生物學(xué)基本概念、基本事實(shí)、基本原理、基本方法等的理解[6]。通過制作和優(yōu)化物理模型，克服物理模型不能作為全真替代物、常帶有非真實(shí)性的特征、細(xì)微之處演示效果不好的缺點(diǎn)，提升學(xué)生實(shí)踐能力，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究精神。通過理論知識(shí)遷移，在實(shí)踐應(yīng)用過程中形成科學(xué)探究思維，并通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果比對(duì)、數(shù)據(jù)記錄等多個(gè)環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)、認(rèn)真的科學(xué)精神，讓學(xué)生真正參與到生物學(xué)的學(xué)習(xí)過程中，引導(dǎo)學(xué)生分析模型如何才能更為貼近生命現(xiàn)象、貼近生命活動(dòng)規(guī)律和科學(xué)事實(shí)的原型，真正實(shí)現(xiàn)生物學(xué)科的教學(xué)價(jià)值。

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