聚焦建模教学，发展科学思维

李能国

笔者自2006年以来，与邰玉韦老师共同研究了多项江苏省重点省级课题和工作室项目，如“促进学生科学素养提升的生物学科教學研究”“中学生科学探究能力的评价研究”“生物学科关键能力的培养与评价”等，这些研究均指向发展学生的核心素养和生物学科核心素养与关键能力。目前，邰老师所领衔的常州市名教师工作室跟进的研究项目“生物学模型建构能力的培养与评价实践研究”的开展，正是对其教学主张的进一步有效落实和深度教学拓展。聚焦建模教学能够更好地发展学生的科学思维，可以从四个方面来理解。

一、建模教学体现了课程理念

生物学模型建构能力是科学思维能力的重要组成部分，而科学思维能力又是生物学科关键能力之一。邰老师课堂建模教学中运用的一系列策略，如渗透建模思想、重视科学引导、搭建建模脚手架、经历建模实践、运用模型解决实际生活的问题等，充分体现了《普通高中生物学课程标准（2017年版）》所倡导的课程理念。一方面，生物学课程是科学领域中的一门以探索性和实践性为突出特点的学科课程，它具有丰富的、独特的生物学知识体系，邰老师重视从科学探究能力、科学思维能力和实践能力等方面着眼发展学生的核心素养，体现了生物学课程的学科特点和育人价值;另一方面，建模教学关注了学生在学习过程中的实践经历，强调了学生的主动参与，重视了在科学探究活动中让学生完成课程任务，渗透了学科学习的基本思想、研究过程和方法，有利于学生获得解决现实社会中问题的能力和素养。邰老师特别注重对探究与实践过程的评价，而模型作品本身常常自发地彰显着学生的个体差异和发展需求，成为课程学习过程中的有效评价载体。此评价方式直观有效，符合学生的年龄特点，更有利于帮助学生认识自我、完善学习、树立自信，促进学生核心素养的达成。

二、建模教学渗透了学科思想

生物学学科思想是人们在认识自然界各种生物变化的实践活动中建立起来的思维意识，如在生物学学科素养培养过程中，需要帮助学生形成关注结构和功能相适应的思想，需要强调研究问题的思路应从特殊到一般，需要重视获得数据或证据的观察、实验、实践的思想等。邰老师强调建模教学应该立足于学生，以学生的探索发现心路历程为导向逐步实现构建模型，让学生主动进行探索交流。同时，邰老师和她的工作室团队善于挖掘生物科学史中蕴含的丰富的科学思想、科学方法、科学世界观、科学精神和科学态度等内容，并充分发挥其教育价值。如“生物进化的学说”这节课开展了接近加拉帕戈斯群岛地雀实际生活的深度模拟建模活动，并渗透了类比推理的思想和方法，借助昆虫翅膀和地雀鸟喙的鲜明特征，将抽象思维和形象思维进行融合，建构了生物进化的历程和预测物种进化的模型，引导学生逐渐走进了达尔文的生物进化的基本思想和观点，进一步理解了自然选择学说是达尔文《物种起源》的核心思想。高中生物新课标中明确指出，要让学生了解建模的方法和在科学研究中的意义。从邰老师的多节课堂教学设计、方案实施、问题解决的过程上看，建模不仅仅让学生获得一种研究生物学的方法，在模型建构过程中，当这些重要概念被逐渐赋予结构化、系统化和意义化的同时，展现的更是一种学生思维发展的动态路径或生态模式，突出了事物的发生发展过程，即模型所表征的内涵具有强大的解释与预测功能。这样的模型建构过程让生物学学习充满了意味和情趣。

三、建模教学指向了深度学习

深度学习强调学生对知识本质的理解和对学习内容的批评性利用，追求有效的学习迁移和真实问题的解决。深度学习需要基于更有意义的教学设计和创新实践，才能真正地解决真实问题。“模型建构”帮助学生形成解决疑难问题的生物学思想和方法，是促进学生积极、深入参与深度学习的重要途径。建模教学需要进行梯度教学，需要解决一系列的情境问题，因此围绕核心问题解决的发展性活动任务几乎贯穿整节课堂教学。科学、技术、工程学和数学等的发展是相互促进的，邰老师在带领学生制作模型作品的过程中，常常运用这些学科的概念或思想，一定程度上进行了跨学科概念的设计。如在“设计并制作一个立体的现代温室大棚模型”项目任务中，她首先要求学生依据生活经验和自主学习回忆相关知识与温室大棚真实场景，提出自己的想法或需求，在A4纸上初步绘制一个平面模式图。其次，为了更直观地表征生物学意义上的结构与功能的适应性，学生在取舍模型材料时，需要充分比较和考虑多种可用材料的材质和性能，比如，优先选择透明塑料盒来模拟温室大棚，而不选择其他彩色的材料，是因为学生理解了光合作用的条件是光;选择饮料管模拟水管，因为水是植物光合作用的原料等。学生选择了材料后，还需要对所选材料进行一定的加工，然后按照一定顺序或规律组装，组装的过程中已经进行了立体模型图的构画与设计。再次，对作品做进一步完善。因此，基于模型建构的充分的自主活动是学生获得深度体验的重要方式，这种具有复杂问题情境的跨学科综合，也是实施主题深度学习的条件。

四、建模教学发展了科学思维

科学思维能力指能够基于生物学事实和证据运用归纳与概括、演绎与推理、模型与建模、批判性思维、创造性思维等方法，探讨、阐释生命现象及规律，解决生物相关问题的能力。科学思维培养需要依托概念的形成和伴随科学探究活动的进行。“人体与外界环境的气体交换”一节中“呼吸运动的发生过程”这个概念是动态的，理解起来较为复杂和抽象，既是教学重点又是教学难点。邰老师通过课堂教学开展了模拟建模探究活动，小组可以选择小气球、医用V形三通塑料管、乳胶手套、PP材料塑料杯、剪子、橡皮泥、橡皮筋或细线等材料，制作一个简易呼吸运动模型。操作探究并回答：①膈肌收缩（下拉乳胶手套），胸廓体积增大还是减小？此时，肺吸气还是呼气？②膈肌舒张（松手回升），胸廓体积增大还是减小？此时，肺吸气还是呼气？③用手连续捏几下塑料杯的壁，观察“气球”有什么变化。④进一步猜想：肋间肌收缩时，胸廓会怎样运动？体积怎样变化？肺吸气还是呼气？制作并运用模型解决系列问题的过程促进了学生深度思考，加深了学生对概念的直观体验和理性认识，增强了学生对呼吸运动发生过程和原理的理解能力，帮助学生形成了结构与功能适应观，发展了学生的科学思维，激发学生开展科学探究的欲望和兴趣。

（作者系江苏省常州市教育科学研究院副院长，常州市生物教研员、正高级教师、江苏省特级教师）

责任编辑：孙昕

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