从科学思维和实践能力的角度谈生物模型制作

甘肃省酒泉市新城区玉门油田第一中学 朱云云 毛德明 李春霞

教育部2017 年颁布的《普通高中生物课程标准》中，在科学思维这一维度的核心素养中，明确提到模型与建模，并且在学业质量中明确规定了模型与建模是第4 级水平。模型是人们按照特定的科学研究目的，在一定的假设条件下，再现原型客体某种本质特征（如结构特性、功能、关系、过程等）的物质形式或思维形式的类似物。常见生物模型包括概念模型、数学模型、物理模型等。物理模型是指以实物或图画形式直观地表达认识对象特征的模型。物理模型最大的特点就是形象直观，它可以把学习的内容直接展示到我们眼前，观察和学习，甚至去想象。

高中生物学课程中的模型建构活动，是思维与行为相统一的过程，不仅让学生通过尝试建立模型，体验建立模型中的思维过程，领悟模型方法，获得或巩固有关生物学概念，也培养了学生的实践能力和创新思维。由于课时有限和实践成本高，大部分时候，课堂多用画图来代替其他更耗时的物理模型，形式非常单一。加之网络的普及，使得学生习惯于通过搜索轻易获得知识。实践的缺失，导致学生实践能力的日趋退化，也让学生失去了在实践中摸索以发展科学思维的机会。实践能力不等同于动手能力，一个成功的实践过程的完成，需要具备一定的理论基础，合理的实践计划，精益求精的实践目标，足够的物质和人力支持，解决困难的方法和坚持不懈的精神。没有体验的学习，剥夺的不仅仅是学生动手操作的机会，也错过了教育真正的落脚点。

选题——科学思维的初次碰撞

选题时学生已经在构思作品如何完成，结合所学知识，选择更巧妙和符合要求的材料，计划需要几人合作，预设可能遇到的难题，怎样做出新意等问题。建模的科学思维和创新思维此时正处于活跃状态，操作蓝图已打好初稿。

生物模型包括静态模型和动态模型。静态的模型通常展示结构，动态模型通常展示过程。不过这也不是绝对的,有些过程利用动态实在难以实现，可以建议学生将其转化为流程图的形式，制作出不同时期的静态模型，再将其连起来。例如，兴奋在神经元之间的传递或动植物细胞有丝分裂过程。静态模型若只做一个，过于单一，建议学生设计成一个更大的概念，分类介绍，能够清晰全面地说明问题。例如，学生制作草履虫模型的想法修改成制作单细胞生物模型，通过对比能更好地理解草履虫和单细胞生物的概念。这一步非常考验学生的归纳概括和联系所学知识的思维能力，提供给学生思路，学生就会模仿，探索出其他更好的主题，而模仿正是类比思维方式的外显。

选材——思维与实践的共同舞台

材料是否别出心裁往往是一件作品创新与否的体现之一。在寻找材料的过程中，学生的观察、类比推理等科学思维发挥重要作用。良好的观察能力和类比推理能力会帮助学生发现身边的可用之材，将作品用最适合、最简单最形象的材料组合出来。学生奇思妙想往往有精彩的结果：用废旧篮球做动物细胞、用豆子等食材粘贴出细胞结构、用染成绿色的花生做栅栏组织和海绵组织、用方形的透明饭盒做植物细胞有丝分裂，圆形的饭盒做动物细胞有丝分裂、用剪了的饮料瓶做叶绿体透明的两层膜、用废弃的吸管或者笔芯做噬菌体蛋白质外壳、用输液的塑料管做循环系统的血管、用毛线或者布料制作神经细胞等等。

取材的过程秉承着能捡的不买，能要的不买，能集的不买的“三不买”原则，调动学生解决问题的积极性，发掘学生真正的实践能力。值得欣慰的是，其中就有学生在全年级募捐废弃的笔芯，募捐外卖剩的饭盒，等等。

建模——科学思维和实践能力的核心体现

模型方法的精髓体现在建立模型的探索与发现之中，往往需要进行观察或实验、归纳和演绎，运用已有知识进行假设、模拟，不亲身经历其中的困惑与发现，很难领悟模型方法的要素与关键。作品的制作过程，往往是一个不断解决问题，又不断有新问题的过程，解决问题正是科学的本质，也是学生实践能力的核心体现。这不仅包含着学生的动手操作能力，还包含着精益求精的目标要求，小组合作的团队实践精神，这些正是实践能力最主要的体现。

例如，有学生的作品粘贴到板子上时，由于本身作品重量，尝试了各种胶水，总是粘不住，时间一长就掉下来。教师希望学生能通过自己的尝试解决问题，建议他们去卖胶水的商店，请教店家，试图启发学生知识的来源不能局限于课本和教师。有些作品需要学生手动演示，而参观者并不了解操作过程，这会导致参观者忽视作品的价值，当教师提出这样的疑问时，学生经过思考将操作流程加入作品介绍，也给参观者以一定的兴趣探索。

实践能力离不开合作能力，合作不能单单强调奉献、不能空喊口号，需要有计划、科学性的实施。学生在制作模型的过程中对于组员的合理分工、处理偶发的矛盾、选择得当的领导者、建设团队精神等方面有了科学地认识。这是笔宝贵的财富，避免感性和情绪化地看待问题，学会理智地解决人际问题。科学思维不仅仅体现在解决科学问题中，应用在生活中才是真正的融会贯通，养成了良好的思维习惯。

包装——实践能力的美学体现

模型是一件展出作品，观看者的视觉体验也是很重要的，美育是中学生培养的目标之一。从版面设计，手工精美，到色彩搭配，处处体现学生的审美能力。版面的设计包括标题、指示语、文字简介、排版、背景选择。手工制作争取精细、符合科学性要求，准确地反映结构或者过程。色彩搭配力求简洁、醒目、清晰。学生在制作中往往忽略对这些问题的考虑，教师的适当指导，会启发学生的思维，制作出科学性和设计性俱优的作品。模型是为了将某一个结构或者过程向观众解释清楚，要避免为了显得作品更“高档”，过度花哨或者将简单问题复杂化，准确、简洁、大方、美观即可。

学生的主观能动性一旦被调动，会激发出巨大的创造潜力。教师从“活动育人”中看到了希望，也会调整自己的教学方式。模型制作的一次次修正，甚至推翻重来，也磨练了学生的意志。笔者发现将学生的模型作品用于教学之中，学生会更有成就感，激发出巨大的继续创作的兴趣。“模型制作展评活动”的举办，为生物学的教和学开启了一扇窗户，促使我们更加重视应用建模思想，以培养学生的生物学核心素养。