生物学单元建模复习教学策略探析——以人教版“生物与环境”单元建模复习为例

陈 欣 纪小苹

（1.福建教育学院，福建 福州 350025；2.厦门第五中学，福建 厦门 361000）

为了激发学生好奇心与求知欲，围绕挑战性的学习主题，主动参与建模探究活动，复习巩固生物学重要概念，学会运用生命观念解决真实情境中的实际问题，发展科学思维能力与科学探究能力，树立社会责任意识与担当，提高复习教学针对性与有效性。笔者尝试以人教版“生物与环境”单元复习为例，探析中学生物学单元建模复习教学策略。

一、概述生物模型及建模教学

（一）生物模型

学界一般认为模型是出于某一目的，对原型的本质特征进行概括性的、简化性的描述。［1］北京师范大学生命科学学院刘恩山教授研究团队认为：模型是对具体的实物、观点、概念、事件、过程与系统等的表征。［2］这一观点具体、形象、“接地气”，有助于中学生认识模型、主动参与建模活动。2019 年版人教社《高中生物学》结合国内外有关模型及其类型、表征方式、属性、功能等研究成果，修订生物模型相关内容，基于学生学习生物学的视角，重新界定物理模型、数学模型、概念模型等生物模型类型及其功能，彰显模型在现代生物学研究及中学生物学课程学习中的重要作用。［1］

（二）中学生物学建模教学

建模即建构模型简称。建模是生物学研究的重要方法，通过形成实体、符号或抽象表征的过程和产物，解决所研究的生物学问题。建模教学是在中学生物学教学中教学生学会建构模型，包括模型建构、模型使用、模型评价、模型修正等建模知识、方法，以及指导建模活动的模型知识。［3］

追溯中学生物学建模教学历程，可以发现，挂图、生物模型等直观教具是传统中学生物学教学的重要手段，主要作为教师教学的教具帮助学生形象地认识抽象、微观的生物学概念。随着信息技术的飞速发展及其与中学生物学教学的深入融合，直观教具逐渐被多媒体技术所取代。同时，随着中学生物学课程改革深入推进，2007 年版人教社教科书《生物·必修1·分子与细胞》提出模型方法，并提供建模活动的课程资源，帮助教师逐步认识模型及建模活动的教育价值。［3］但是存在建模活动即手工活动等认识偏差，教师建模能力及指导能力有待提高。《普通高中生物学课程标准（2017 年版）》明确提出：学生应该逐步学会基于生物学事实和证据运用模型与建模等方法，探讨、阐释生命现象及规律，审视或论证生物学社会性议题，并对建模教学及学生建模能力发展提出具体要求。［5］

二、“生物与环境”单元建模复习教学策略

教师应认真研读《义务教育生物学课程标准（2011 年版）》（下文简称课程标准），深入研读包括学生学习用书、教师教学用书、其他版本义务教育生物学教科书、高中生物学教科书及小学科学教科书等教材，选择挑战性的单元复习建模教学主题，制定明确的单元复习建模教学目标，引导学生开展形式多样的模型使用、模型建构、模型评价及模型修正等建模活动，促进学生深度复习，发展生物学学科核心素养。

（一）“生物与环境”单元复习建模教学的依据

1.课程标准

课程内容各主题中有关“生物与环境”的重要概念及其教学要求等，为选择“生物与环境”单元复习建模内容、设计单元复习建模教学目标、单元复习建模活动、方法及其评价奠定理论基础。

有关“生物与环境”的重要概念主要源自课程标准的“课程内容”“第三主题生物与环境”，部分源自第四、五、六、八等主题（表1）。这些重要概念蕴含着结构与功能观、物质与能量观、系统观、稳态与平衡观及进化与适应观等生命观念。

同时，课程标准对有关“生物与环境”重要概念教学程度及教学方法提出具体要求。要求通过观察、探究、资料收集、处理、交流等探究活动，促进学生习得生物与环境关系的知识，学会观察与调查的科学方法，认同人与自然和谐发展的重要性，形成热爱大自然、爱护生物的情感以及环境保护意识，积极参与保护生物多样性的活动。［6］

2.教材

人教版义务教育《生物学》教科书及教师教学用书是“生物与环境”单元建模复习教学设计与实施的重要依据。

有关“生物与环境”单元建模复习内容主要分布于人教版《生物学》教科书七年级上、下册及八年级上册的有关单元及章节（如表2）。教科书中“单元首语”“单元小结”以及教师教学用书中单元、章知识框架图等是“生物与环境”单元建模复习教学主题选择、教学目标及教学方法设计的重要依据。

表2 人教版《生物学》有关“生物与环境”单元建模复习内容［7］

（二）“生物与环境”单元复习建模主题的选择

根据课程标准、人教版教材及建模教学原则，“生物与环境”单元复习建模主题主要包括“生物的生存依赖一定的环境”“生物与环境组成生态系统”“生物圈是人类与其他生物的共同家园”等内容（图1）。

教师应根据课程基本理念、课程内容要求及学情与校情，深入开展校本教研活动，实现将教科书内容转化为教学内容，继而转化为学生学习内容等“三级转化”，使得单元复习建模内容有助于学生直观、形象地认识微观、抽象的生物学重要概念，解释生命现象、过程及其机制，展示各自想法和观点，或预测事物的发展趋势，梳理概念之间内在逻辑关系，形成结构化、系统化的概念体系，为设计明确的、可操作的教学目标奠定基础。

图1 “生物与环境”单元复习建模主题

（三）“生物与环境”单元复习建模目标的设计

根据“倡导探究性学习”等课程基本理念及课程具体内容要求，设计“生物与环境”单元复习建模目标，为设计与实施单元复习建模活动指明方向，并为评价单元复习建模活动效果提供依据。

“生物与环境”单元复习建模目标是：第一，以独立复习、小组讨论、建构概念模型等方式，举例说明生物的生存依赖一定的环境，概述生物与环境组成生态系统，阐明生物圈是人类与其他生物的共同家园，说明绿色植物对生物圈有重大作用，举例说明人是生物圈中的一员，举例说明动物在生物圈中的作用，说明保护生物多样性的重要意义。初步建立生命系统观、结构与功能观、物质与能量观、稳态与平衡观、进化与适应观，并尝试运用这些生命观念分析、解决自然界和社会中相关问题。第二，能利用有关生物学事实和证据，尝试运用模型与建模等科学思维方法，说明生物与环境相关概念的内涵，对有关生物与环境问题展开探讨、审视或论证。第三，尝试以建构模型的方式进行复习，主动参与小组讨论，合作探究生物与环境相关问题。第四，认同人与自然和谐发展的意义，认同动物在维持生态平衡中的重要作用以及绿色植物对生物圈的存在和发展的决定性作用，确立保护生物圈及生物多样性的意识与责任担当。

（四）“生物与环境”单元复习建模活动

围绕单元复习建模教学目标，“生物与环境”单元复习建模教学分3 个课时进行。第1 课时主要由学生根据导学案进行独立复习、建构有关模型，并开展小组讨论活动，解决个人无法解答的有关问题或复习后产生的新的问题。第2 课时，聚焦本单元重要概念、生命观念及科学研究方法等，并针对学生独立复习存在的问题及小组讨论后尚无法解决的问题，选择合适的模型及模型组合，开展模型使用、模型建构、模型评价及模型修正等建模活动，进行“精讲精练”。第3 课时主要进行单元测验及讲评，检验单元复习建模教学效果，及时反馈、改进教与学存在的问题，达成单元复习建模教学目标。

例如“生物与环境”单元复习建模教学第2 课时，以学生存在的前科学概念“环境即生物生活地点”导入复习教学。以生动、形象的物理模型帮助学生举例说出生物生存的环境条件有水、温度、空气及光等，并能通过具体实例说明生物之间的密切关系，巩固“生物的生存依赖一定的环境”的认识。利用表征方式多样的生态系统概念模型帮助学生巩固对生态系统组成的认识，能够正确分析生态系统组成成分概念模型，举例说明生产者、消费者及分解者在生态系统中的不同作用。并指导学生正确分析食物链与食物网概念模型，纠正学生对食物链与食物网中生物之间关系的错误描述。指导学生小组讨论分析物质与能量流动概念模型，使得学生明确某些有害物质可以通过食物链不断积累的、生态系统的自我调节能力是有限的。并指导学生运用所学物质与能量观、稳态与平衡观、系统观等生命观念分析有关能量流动的生产实践案例及数学模型，促进学生认识研究能量流动的生物学意义，建立保护环境的社会意识与责任担当。最后，教师分析、评价学生第1 课时完成的“生物与环境”单元概念图（图2），要求学生课后修正错误、并分析出错原因，促进学生明确概念图绘制方法，学会正确运用概念图这一学习工具，建构生物学概念体系，发展批判性思维与创新思维。

（五）“生物与环境”单元复习建模教学反思

提高学生正确运用概念图分析、归纳生物学概念是“生物与环境”单元复习建模教学的重点与难点，学生建模能力的形成与发展需要教师有计划、有目的地指导。例如，学生伊始学习绘制概念图时，可以利用填空式概念图（如图3），帮助学生认识概念图的绘制原则及方法。学会将概念名称或描述概念定义的陈述句写在方框内，以连接词及带箭头的连接线表示概念之间的关系，使得概念图中概念主要按照其抽象程度层级式排列。为了激发学生建模兴趣，可以综合思维导图色彩、形状等元素，使得概念图符合学生认知水平及认知规律，有利于发展学生的创新思维。经过一段时间练习后，教师列出某单元或章节有关生物学概念名称或概念定义，要求学生绘制概念图，指导学生根据概念图绘制原则，尝试独立绘制。学生熟练掌握概念图绘制方法后，只要列出学生应绘制的概念图名称，由学生独立绘制。学生练习绘制概念图时，一是切忌让学生“死记硬背”教师所绘制的概念图，或默许学生抄袭教科书、教辅资料上的概念图或相互抄袭，否则不利于培养学生的建模能力，发挥建模的教育价值。二是根据单元建模复习教学目标、学生概念图上列出的生物学概念数目及其正确与否、概念之间联系正确与否、是否标示概念图图题及美观程度等等设计评价标准。三是指导学生根据评价标准进行概念图的自评、互评及教师评，且一定要给予学生修正概念图的时间，并及时检查、反馈学生修正情况，促进学生提高建模能力与学习能力。

图2 “生物与环境”单元概念图

图3 生态系统概念图（填空式）

生物学建模复习教学应聚焦生物学重要概念、生命观念及科学方法，基于模型的功能视角，综合考虑模型的类型及表征方式等，创设真实的问题情境，指导学生开展使用模型、建构模型、评价模型及修正模型等建模活动，促进学生学会运用模型进行描述、解释或预测事物及其发展，提供充足的时间与机会让学生展示各自想法和观点、沟通和理解彼此的观点，帮助学生形成新的观点，推理和解决问题。此外，要及时分析、评价学生建构的模型，要求学生重视修正模型。促进学生复习巩固生物学重要概念，学会运用生命观念开展建模活动，提高运用模型进行归纳与演绎、阐释与论证、批判性思维与创造性思维等科学思维能力，以及建模探究能力，落实生物学学科核心素养培育这一课程核心任务。