基于高中生物学核心素养的模型建构法应用研究

徐业华

模型是人们为了某种特定目的而对认识对象所做的一种简化、概括性的描述，是科学研究中对复杂事物的一种简单描述方法，也是当前自然科学研究中普遍应用的一种科学方法。模型可以体现事物最主要的特征，并以简化的形式再现原型的各种复杂结构和功能。构建模型，把模型用作研究客体的一种手段，这是人类在认识世界和塑造世界的实践中的一大创造。模型建构思想是《普通高中生物课程标准（实验）》（以下简称课标）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。课标中明确要求：“了解建立模型等科学方法及其在科学研究中的作用，培养学生的建模思维和建模能力”。美国《国家科学教育标准》中也明确把模型和科学事实、概念、原理、理论列为科学主题的重点，并将构建、修改、分析、评价模型作为高中学生的基本科学探究能力。课标也明确将运用模型与建模方法探讨生命现象及规律作为培养学生核心素养的理性思维方面的重要目标。而且在数学、物理、化学等自然科学均明确将模型建构作为培养学生提高科学素养的重要途径。

1 教师要充分认识模型建构法在培养学生核心素养的价值和意义

1.1 教师要激发学生学习兴趣，培养学生关爱生命，积极探索生命奥秘的社会责任

伟大的科学家爱因斯坦说过：“兴趣是最好的老师。”这就是说一个人一旦对某事物有了浓厚的兴趣，就会主动去求知、去探索、去實践，并在求知、探索、实践中产生愉快的情绪和体验，进而产生强烈的学习动机和欲望。高中生物教学中的很多内容受学习条件、教学环境及教学时间的限制，难以让学生在课堂上进行直接观察和深入探究。另外，有些概念比较抽象，相关知识较为枯燥、乏味，学生感性认识不足自然难以激发他们对生命伟大的认知与生命奥秘的探究欲望。如何将深奥的生命形象化？建构模型就是一种很好的手段。如通过建构细胞的结构模型不仅能够帮助学生形成结构与功能观等生命观念，而且对于激发学生形成投身科学，积极探索生命奥秘的社会责任与担当也有重要意义。再如生态系统稳定性教学中，与其依靠教师枯燥的讲解、学生单纯的记忆，教师不如直接提供相关实验材料，让学生自主学习、分析、分组讨论、设计生态瓶，从结果中分析影响稳定性的因素。这样既提高了学生学习的兴趣，又使学生建立了生态系统稳定性的概念。更重要的是当学生通过所学知识解决生产生活中的生物学问题如环境问题的时候，实际上也就培养了学生的社会责任和担当，这也是教师根本的教育目标——育人。

1.2 教师要引导学生建构知识体系，形成核心概念，培养学生的理性思维

新课标明确将能够运用归纳与概括、演绎与推理、模型与建模、批判性思维等方法探讨生命现象及规律作为理性思维培养的目标。建模是一项能力，更是一种方法，是培养学生归纳与概括、演绎与推理等理性思维能力的重要手段。如通过建构如图1所示的种群数量特征概念模型，不仅清晰地反映了概念之间的相互关系，有利于学生形成核心概念，而且也有效培养了学生的归纳与概括能力。沃森与克里克构建DNA双螺旋模型的过程也正是他们演绎与推理的过程。

1.3 教师要培养培养学生的科学探究能力

新课标将倡导探究性学习，提高公民科学素养作为标准设计的基本理念，也将科学探究作为生物学科核心素养的一个核心方面。课堂教学中模型的构建改变了传统的教师“满堂灌”局面，由过去被动的学习方式变为自主的学习方式，完成了以教师、知识为中心，向以学生、能力、核心素养为中心的转变。建立模型的过程是一个思维与行为相统一的过程，模型建构法能能够促进学生理解核心概念的形态、特征和本质，培养学生的探究能力、图文转换能力、逻辑思维能力、创新能力等，是科学研究中重要的认识手段和思维方式。比如在生物膜流动镶嵌模型的构建过程中，教师通过以科学史的探究为线索，结合问题串，层层递进引导学生不断构建、修正模型，既培养了学生的建模思维和建模能力，同时模型构建的过程，学生也不断质疑、提出新问题、解决新问题。如对于人教版教材中的电镜照片所反映蛋白质的对称分布，有学生根据一些受体蛋白的结构提出了质疑。另外，蛋白质的不对称分布的冰冻蚀刻实验证据，也由学生自主搜集得到。实际上这些看似简单的方法也正是高中生物教育所要完成的目标：引导学生主动参与探究过程，勤于动手和动脑，逐步培养学生搜集和处理科学信息的能力、获取新知识的能力、批判性思维的能力、分析和解决问题的能力等。

1.4 教师要帮助学生提高复习效率，提升其解题能力

毋庸讳言的是高中生物教学的一个重要任务就是高考。因此提高复习效率，提升解题能力是一个重要的教学目标，对于高三学生显得尤为重要。通过建构模型，知识得到简化，突出主干知识相互联系，可以有效提高复习效果。如复习原核细胞和真核细胞的区别时，学生不仅仅要知道最根本的区别——有无细胞核，还要联系细胞代谢、细胞分裂、遗传、基因结构等各方面相关知识形成概念图，将零碎知识系统化，真正掌握概念的内涵。通过建立相关的数学模型，将抽象知识总结出规律，能有效提升学生的解题能力。如蛋白质的合成分子量和脱水量计算，DNA的结构中碱基数量及比例计算，DNA分子的复制子代DNA数量、标记DNA比例及所需某种脱氧核苷酸比例等，通过总结出规律、公式，能极大提升学生的解题能力。

2 教师应用模型建构法教学中应注意的问题

2.1 真正以学生为中心，突出学生在模型建构中的主体地位

模型建构法不等同于教师的模型教学，其最大的价值是让学生通过尝试建立模型，体验建立模型的思维过程，领悟建模方法，并获得或巩固有关生物学概念。如，学习DNA结构时，教师拿着DNA双螺旋的塑料模型讲授DNA的结构与学生通过学习科学史自己建构一个模型，教学效果是截然不同的。

2.2 教师是模型构建的指导者、促进者和评价者

以学生为主体，绝不意味着教师就可以无所事事。由于知识、能力等方面的欠缺，学生往往在模型构建过程中出现困难，构建的模型也可能有不完善或错误的地方，这就需要教师积极地引导和客观地评价。比如在DNA复制模型的构建过程中，学生对于复制的起点、方向等理解往往有偏差，认为复制都是从末端开始、单向进行，这时就需要教师提供相关资料，积极引导他们形成正确的观点。在用橡皮泥制作减数分裂模型时，笔者发现有些学生没有用不同颜色区别同源染色体与姐妹染色体，这也帮助教师掌握学情，了解教学中的薄弱点。endprint

2.3 教师要注意发现和保护学生在模型构建过程中的创造性思维

生物学上的很多问题，有的并没有定论，学生在制作模型时，往往会展现出一些“奇思妙想”，而这也正是科学得以不断进步的动力。因此，在高中生物學教学中，教师应该充分利用模拟实验及构建模型的机会来培养学生的创新能力，鼓励学生的创造性思维。比如在生物膜流动镶嵌模型构建过程中，有学生根据“极性相似相溶”和磷脂分子的翻转运动的原理，提出某些物质是通过两层磷脂分子的翻转携带进出细胞的观点，就很值得人深思。

2.4 教师不仅要注意模型结果，更要重视模型建构的方法

在教学中，有些教师和学生拘泥于无足轻重的细节像与不像上，以形成一个具体化的模型为唯一的目的，这就背离了模型方法简化、抽象出事物本质的要旨，弱化了模型建构法最重要的价值——培养学生的探究和创新思维。比如有教师在DNA多样性教学中将全班学生排成一排，每人代表一种碱基，自由组合。课堂看似很热闹，但学生缺乏形象化之后抽象出思维的过程，使这个活动幼稚化为小学生玩的游戏，学生也很难获得思维的训练。

3 模型建构法教学当前存在的问题和建议

3.1 对模型建构法的教育价值和意义认识不足

目前有许多教师仍然习惯于传统“灌输式”教学，认为这些知识不借助模型，同样也可以讲授，建构模型太耽误时间。这一方面与教师没有充分认识到模型的价值和功能有关，一方面也与学校资源的缺乏及高考导向有关。实际上，“磨刀不误砍柴工”，“授人以鱼不如授人以渔”，让学生们掌握模型建构的方法，自主建构概念，效果比教师的反复灌输要好得多。同时由于目前高考试题考查仍然以知识点为主，如果能进一步优化评价机制，更加注重方法、能力、核心素养的考查也能有效促进模型建构法教学的实施。这实际上也正是高考改革的方向之一。

3.2 教师的理论储备不足，疏于实践

很多教师缺少模型建构教学的相关理论知识， 缺少对模型建构教学在生物教学中如何运用的思考，不会用也不敢用模型建构法实施教学。这就需要教师主动学习，及时更新自己的理论知识，勇于实践，勤于实践，尤其是随着教学信息化的推进，更加有利于模型教学的实施。

3.3 教师拘泥于教材，以本为本

在建构模型的时候，有些老师完全拘泥于课本的要求、方法和材料，不能根据教学需要恰当应用。如用样方法调查种群密度时，笔者没有按照教材安排野外实践，而是选择易得的大米和绿豆混合来进行实验，取得了非常好的教学效果。

总之，模型建构法有利于培养学生生物学科核心素养，对于实现教育的根本目标——育人有着深远的价值和意义，但目前其在高中生物教学领域的应用，尤其是实践方面的应用，仍处于摸索阶段，教师任重而道远。

参考文献：

[1] 谭永平.高中生物学新课程中的模型、模型方法及模型建构[J].生物学教学，2009，34（1）：10-12.

[2] 中华人民共和国教育部制订.普通高中生物课程标准（实验）[S].北京：人民教育出版社.2003.

[3] 石虹梅.模型构建在生物学教学难点突破中的应用[J].生物学通报，2014，49（3）：35-37.

[4] 杨舜华.问题导学法在构建生物学模型中的应用[J].生物学教学，2015，（3）：31-33.

[5] 肖安庆.基于核心素养的模型建构概念的教学策略[J].中学生物学，2016，32（9）：32-34.

[6] 姜兴明.生物模型建构教学存在的问题及建议[J].中学生物教学，2016，（2）：24-26.endprint