基于核心素养的模型建构概念的教学策略

肖安庆

摘 要 从模型建构概念的理论基础入手，将适合模型建构的概念分为微观概念、宏观概念、抽象动态的规律和周期长的生命规律等四种概念，举例分析了基于模型建构概念的六种教学策略。

关键词 模型建构概念 核心素养 教学策略

中图分类号 G633.91 文献标志码 B

模型是人们为了特定的目的，对某一事物进行实物化、形象化、抽象化或简单化描述，是与真实物体、某一事物对应的具有解释力的试探体系或结构。2014年颁发的《教育部关于全面深化课程改革落实立德树人根本任务的意见》强调学生核心素养体系——研究提出各学段学生发展核心素养体系，完善课程教学有关标准。模型建构思想是《普通高中生物课程标准》的重要思维方法。培养学生模型建构的能力，能够促进学生理解核心概念的形态、特征和本质，提高学生的核心素养能力，是科学研究中重要的认识手段和思维方式。

1 理论基础

模型建构的理论基础为建构主义理论。以皮亚杰和布鲁纳为代表的认知主义学习观认为，客观的知识结构通过个体与之交换作用而内化为认知结构。美国教育学家戴尔在《视听教学法》提出“经验之塔”理论，对经验的获得进行了描述，将经验分为做的经验、观察经验和抽象经验（图1）共10个层次。

经验之塔理论的层次中，设计经验是通过标本模型等间接材料获得的经验，标本模型是通过人为设计仿造的应用于教学的事物。戴尔指出，经验之塔的底层经验是最具体的，越往上越抽象；学科教学不能终止于具体经验，要向抽象和普遍发展，形成概念，才能上升为抽象经验。目前，中学生物教学普遍的问题是：学生死记硬背一些概念，不能有效地将具体概念转化为抽象的经验。这些问题的解决应通过模型建构，从做的经验开始，将概念和定理转化为抽象的经验。

2 基于核心素养的模型建构概念的类型

2.1 微观的概念

某些微观概念的原型因微小难以构建概念。建构模型时，教师应去除它们非本质的部分，以直观、放大、简化的形式构建模型，使微观的概念清晰化、直观化，如细胞的微观结构，基因结构的构建。

2.2 宏观的概念

某些宏观概念的原型虽较大，但学生很难整体把握。建构模型时，教师应整体呈现各部分结构，让学生通过发现问题再归纳本质，如生态系统结构的构建。

2.3 抽象、动态的规律

处理抽象动态的规律，教师经常采用讲授的方式。但由于学生缺乏体验，理解这类概念比较困难。建构这类模型时，教师可以变讲授为体验，化抽象为具体，化动态为游戏，让学生在拼摆的环节中构建概念，如光合作用与呼吸作用的过程、有丝分裂与减数分裂的过程、兴奋的传导与传递、生态系统物质循环利用与能量流动的过程等概念的构建。

2.4 周期长的生命规律

某些生命规律由于周期长，生命规律复杂，如果仅仅通过课件展示，学生不容易理解。建构这类模型时，教师可让学生在模拟概念过程中理解生命规律，如现代生物进化和基因分离定律模拟实验的建构。

3 基于核心素养的模型建构概念的教学策略

3.1 理想模型法

通过建立模型来揭示原型的形态、特征和本质的方法称为理想模型法。理想模型法是物理学中经常使用的一种研究方法。它的特点是强调研究对象的主要特征，忽略次要特征，通过让学生观察、想象、类比、操作的环节，来揭示宏观、微观概念的本质。其流程为：初制模型→交流展示归纳总结→精制理想模型→使用理想模型。

案例1：制作生物膜模型。

（1） 初制模型。

课前布置家庭作业，小组合作制作生物膜模型。

（2） 交流展示归纳总结。

课堂上，各小组分别展示自己的生物膜模型。有的小组用乒乓球做磷脂分子的亲水头，用两根电线丝从中穿孔作为疏水尾；有的小组用布料做材质；有的小组用橡皮泥做材质等课堂讨论，讨论制作理想的模型。

（3） 精制理想模型。

组织学生用解剖针在乒乓球上打孔，将小段电线对折后插入孔内，构成磷脂分子，邻近的乒乓球用电线连接好，构成磷脂分子层。用白色泡沫当做蛋白质，在白色泡沫周围围上两层乒乓球，构成生物膜的理想模型。

（4） 使用理想模型。

扳动相邻的两块泡沫，模拟蛋白质和磷脂分子的运动。

在该实践活动中，学生从生物膜的微观结构入手，通过观察、想象，制作等环节层层深入，有利于学生理解生物膜的概念本质。

3.2 类比联想法

类比联想法是指运用已有的知识、经验，把类似陌生事物进行比较，创造性地突破教学难点的教学策略。其过程可分解为：（1） 类比，在新旧问题间找出相似的地方；（2） 联想，类比产生的信息引起的对已有知识的回忆。通过类比联想，找出某种相似事物中的同种性质，在类比中联想，从而升华思维，既模仿又有创新。

案例2：关于激素特异性类比的教学片断。

教师拿出自己的手机，拨打自己的另一个手机号码，提问：“我的手机信号如何发射？”

学生答：“四周。”

教师问：“为什么仅仅是另一个手机会响？”

学生答：“只有这只手机能接受这种信号。”

教师说：“激素的分泌也是如同手机信号流向四周，但只有相关受体才能识别这一激素。”

教师以手机信号类比激素传递的信息，接受这一信号的手机类比成特异性受体，通过类比联想教学法，形象地使学生掌握激素特异性这一概念。

3.3 具象分析法

具象即具体的形象。具象分析法是将概念的原型构建模型进行放大或缩小，来探索概念的本质。它是感知记忆的结果，而且是在抽象思维的作用下，对概念本质进行选取、综合的结果。

案例3：探索环境因素对光合作用的影响。

将一株绿色植物放在一个密闭的锥形瓶中。在瓶口放一个测定瓶中CO2浓度的传感器，传感器的另一端与计算机连接，以检测一段时间内瓶中CO2浓度的变化。根据实验所测数据绘制CO2浓度与光合作用之间关系的曲线图。

具象分析法建构模型是将概念原型以放大或缩小的形式再现在学生面前，通过直接观察实验结果，帮助学生理解环境因素对光合作用的影响，更好地认识概念的本质。

3.4 抽象分析法

抽象是通过分析与综合的途径，运用概念在人脑中再现对象的质和本质的方法。抽象分析法是将难以理解的概念转化成数学模型或概念模型进行分析，帮助学生理解概念的方法。

案例4：DNA复制的相关计算教学片段。

亲代细胞DNA分子用15N标记，放在含14N的培养液中复制1次，子代DNA分子的数量为2，复制2次，子代DNA分子的数量为4，由此推导复制n次，子代DNA分子的数量为2n，继续推导含15N的DNA分子占子代总DNA分子的比值为2/2n，子代的脱氧核苷酸链条数为2n+1；含15N的脱氧核苷酸链条数为2，占总数2/2n+1；含14N的脱氧核苷酸链占总数的（2n+1-2）/2n+1。

学生通过数学模型，分析了DNA复制的相关概念，轻松地把握生物现象的状态变化，达到“拨开云雾见青天”的效果。

3.5 比较分析法

比较分析法是把相似的概念加以比较，以达到认识事物的本质和规律并作出正确的评价。高中生物教学中，教师可以引导学生利用比较分析法对相似概念进行比较，揭示它们之间的差异和共性，提高学生分析问题、解决问题的能力。如引导学生列表比较自由扩散、协助扩散和主动运输三种跨膜方式，找出三者间的区别与联系，从而准确掌握概念本质。

3.6 等效代替法

等效替代法是在某种相同的特性和关系下，将某一概念转化为等效、简易问题的研究方法。掌握等效替代法及应用，体会等效思想的内涵，有助于提高学生的生物学素养，初步形成科学的世界观和方法论，为终身的学习、研究和发展奠定基础。

案例5：“染色体组——单倍体——多倍体”教学片段。

教师伸出一只手，说：“我的手指就长短而言有何特点？”

学生说：“三长两短。”

教师说：“我的手指就是一个染色体组，黑板上有几个染色体组？”说完在黑板上重重按压一下，留下清晰的痕迹。

学生说：“一个染色体组。”

教师说：“由这样的配子发育形成的个体为单倍体。那么以下有几个染色体组？”在黑板上又按压一下。

学生说：“两个染色体组。”

教师说：“由受精卵发育而来的含有两个染色体组的个体为二倍体”。教师依次讲解三倍体、四倍体和多倍体的概念。

在该案例中，教师通过用自己的手指类比染色体组，将抽象问题具体化，巧借模型构建概念体系，采用等效替代法，达到了揭示本质、把握内涵的目的。

4 结语

“我听见了，就忘记了；我看见了，就领会了；我做过了，就理解了。”建构模型首先应该遵循主动建构的原则，这不仅有益于概念的形成，而且能激发学生主动建构模型的积极性。同时建构模型还得遵循简化性原则，在便于理解的前提下，通过观察、联想、类比、归纳、分析等思维活动，促进概念的构建和思维的培养。

参考文献：

[1] 陈卫东.模型建构在高中生物新课程教学中的应用[J].教学与管理.2011，（2）：69-71

[2] 许明.基于模型建构的初中生物概念教学研究[J].教学月刊·中学版（教学参考）.2016，（2）：57-60