在生物教学中用模型培养理性思维

■张云柏

课程标准指出：“义务教育阶段的生物课程既要让学生理解基础的生物学知识，又要让学生领悟生物学家在研究过程中所持有的观点以及解决问题的思路和方法。”因此，初中生物学科教学不仅要让学生识记若干知识，还要培养学生的价值观，更要发展学生的理性思维能力。如何让学生能够主动地掌握并运用生物学知识，理性地判断、分析、思考，发展学生的理性思维能力，培养学生的生物学核心素养，是所有生物教师要着力研究的重要课题。笔者结合实践和思考谈谈在初中生物课堂教学中运用模型方法培养学生理性思维的认识。

理性思维是一种基于证据和逻辑推理的思维方式，它是“依照逻辑推理而不是依照情绪或感觉来行事”，即理性思维强调的是逻辑指引下的思考过程。模型方法是研究者将抽象的、不可测的事实或过程借助身边的材料、用具或应用数学方法、图像等加以描述、概括总结的一种活动。利用模型来描述生物学规则可以让学生从庞杂的生物学事实中找到可以用来分析解决问题的“生物学逻辑”，对学生了解生命运行的规则非常有效。基于生物学模型的理性思维培养是培养学生核心素养的有效方式。模型大体上可以分为实体模型、数学模型和概念模型等几类，教学中要重视实体模型建构，更要着力挖掘构建简单的数学模型和概念模型来培养学生的理性思维。

1.利用实体模型培养学生的理性思维。

实体模型是指生物体结构标本、教学模型等实物或结构图，它能直观地展现生物体结构原形，表达认识对象的特征，利于学习者直观了解生物体的形态结构，分析理解掌握有关功能，发展学生的理性思维能力。初中生物教学中，一是用足用好学校现有的教学模型。一般的学校都配备有大量的教学模型，如植物细胞结构模型、动物细胞结构模型、根尖的结构模型、双子叶植物茎的结构模型、叶片的结构模型、人体心脏的结构模型、人体肾脏的结构模型、眼的结构模型、DNA分子结构模型等。教师要充分利用这些模型，加强直观教学，使学生通过对实体的观察，留下深刻印象，牢固掌握有关结构知识；同时要引导学生认真分析有关结构，从结构与功能相统一的关系，理解掌握相应的功能，培养学生的理性思维。二是可制作简单的教学具模型。一方面教师要能制作教具，丰富教学资源，提高教学效果；另一方面教师要指导鼓励学生制作学具，加强学生对知识的理解掌握，培养学生的理性思维。如在“呼吸运动”教学时，教师可先组织学生观察“呼吸过程中膈和肺的变化示意模型”，指导学生分析、识别图中的各结构，总结归纳呼吸过程中膈和肺的变化关系，再让学生动手制作呼吸过程中膈和肺的变化示意模型，这样不仅有效发展了学生的理性思维能力，也培养了学生的实践创新意识和动手操作能力。三是加强结构图教学。教材中有丰富的图片资料，绝大多数是生物结构图，教师不仅要指导学生识图，更要指导学生绘制一些简单的结构图，通过图形的分析、绘制，有效培养学生的理性思维能力。

2.建构数学模型培养学生的理性思维。

数学模型是用图表、图像、框图、数理逻辑等来描述系统的特征及其内部联系或与外界联系的一种结构，它将现实世界的原型抽象出来，完整系统地呈现事物本质，它是分析、解决实际问题的基础。教学中不仅要挖掘构建简单的数学模型，还要指导学生观察、分析有关模型，切实培养学生的理性思维能力。

学生学习了“人体淀粉、脂肪、蛋白质消化过程”有关知识后，教师可构建淀粉、脂肪、蛋白质三者在消化道中含量变化曲线数学模型（如图1），指导学生运用所学的知识类比、归纳、识别三种物质，不仅使学生能深刻理解掌握营养物质消化的有关知识，还能培养学生的知识迁移能力和理性思维。

图1

在“人的生长发育和青春期”一节的教学中，在学生学习了有关青春期发育的知识后，教师可构建男、女生殖器官发育趋势数学模型（如图2），让学生运用所学的有关知识分析、判断、推理图中A、B所表示的结构是卵巢还是睾丸？巩固所学知识，训练学生的理性思维。

图2

在“生物进化的学说”一节教学中，教师在组织学生学习了达尔文自然选择学说主要内容后，可构建自然环境中某种生物类群（如鹿群）数量变化曲线的数学模型（如图3），指导学生根据达尔文自然选择学说的有关内容，分析判断图中曲线，培养学生理性思维。

图3

3.建构概念模型培养学生的理性思维。

概念模型指以文字表述来抽象概括出事物本质特征的模型。教学中要挖掘知识的内在联系，加强图文转换，进行概念模型建构，并切实运用模型解决生产生活中的实际问题，训练学生的理性思维。

在“人体的血液循环”一节教学中，涉及人体血液循环的过程，教师可组织学生自主学习教材内容及播放人体血液循环视频后，让学生用“→”表示人体血液循环大致过程，构建人体血液循环过程概念模型（如图4），并让学生以此模型为“参考系”，在新的情境中进行理性地演绎推理，解决遇到的生物学问题（如血液从主动脉到右心房流经的路径、从手背静脉输液输入的药物治疗同侧上臂烫伤的路径、淀粉经消化吸收后的循环路径分别是A.肺循环、B.体循环、C.肺循环→体循环、D.体循环→肺循环中的哪一种？还可进一步构建如图5所示的器官与血管关系概念模型，图中X表示人体某器官，①、②表示血管，箭头表示血流方向，进一步引导学生根据上述人体血液循环过程概念模型，通过变换图中器官或血管的名称，让学生分析判断血管或器官的名称），锻炼学生的知识运用能力和理性思维能力。

图4

“植物呼吸作用”基本过程的教学，教师可先指导学生自主学习教材中的文字内容，合作讨论书写植物呼吸作用反应式，构建如下植物呼吸作用概念模型：

有机物（储存着能量）+氧气→二氧化碳+水+能量（有所呼吸）

有机物（储存着能量）→二氧化碳+酒精+能量（酒精呼吸）

再让学生根据上述植物呼吸作用概念模型解决生活和生产实践中的生物学问题。

由此可见，生物学模型的建立有助于学生形成对重要生物学概念和过程的清晰理解，让学生客观、准确、理性地形成对生物学概念等的认识，有效训练学生的理性思维。

图5

结语

培养学生的理性思维对于学生的终身学习和终身发展至关重要，生物教师在日常教学中，要充分运用问题驱动方式，指导学生分析模型，帮助学生建构模型，培养学生良好的学习方法与习惯，不断发展学生的理性思维。同时，更要积极探寻发展学生理性思维的新方法、新思路，切实使学生在掌握基础知识、发展基本能力的过程中逐步形成相对稳定的思考问题、解决问题的思维方法和价值观，不断提高学生的生物学科核心素养，努力培养适应现代社会进步和时代发展要求的社会主义建设者和接班人。