高中生物模型建构活动中的问题设计策略

蔡方平 李杨科

【摘 要】在高中生物建模教学活动过程中，问题是驱动建模活动实施的起点和动力，而问题设计的质量直接影响建构模型的质量。设计优质问题的策略是：将学科内涵、建模价值、方法思路、细节关注相统一，并使之于设计的问题中得以体现。

【关键词】模型建构;问题设计;建模教学

高中生物建模教学过程中，模型是教学活动的载体，问题是模型建构的驱动力。怎样设计优质问题呢？现以建构“核酸是遗传信息的携带者概念模型”（图1所示）为例，设计出融入学科内涵、体现建模价值、落实方法思路、关注设计细节的优质问题。

1.融入学科内涵

教学目标是告诉学生怎样做和预期可获得结果的描述，而提出问题是教师发出任务活动的指令和指向的具体化，是学生接受任务并朝向预期效果活动的开始。提问是遵循认知规律、指向系统节点和展示逻辑线条，是进行加工、内化和输出信息的学习“路标”。建模教学问题设计需融入生物学科内涵。

1.1生命观念指本源

生命观念包含结构与功能观、物质与能量观、进化与适应观、稳态与平衡观。问题设计的出发和归宿最终都指向生命观念，生命观念的内涵实质是生物学科教学问题设计的理论指导，是认知生命的出发，也是生命本源的回归。生命观念为指导的问题设计，指向明确，有利于对生命的本质和生命发展的规律认识。

1.2科学思维作路径

生物学科的科学思维，是以生物学事实和证据为基础，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，认识事物、解决实际问题的思维习惯和能力。科学思维方法与过程逻辑、方法途径有关，问题设计包括有归纳与概括、演绎与推理等过程，并为解析模型、建构模型和应用模型服务。利用科学思维方法内在的逻辑关系展现问题设计的路径，让问题更具清晰的思路。

1.3科学探究抓关键

生物教学中的科学探究，是指能够发现生物学问题，针对特定的生物学现象，进行观察、提问、实验设计、方案实施以及结果的交流与讨论的能力。科学探究的完整思路一般具有“发现·提问→猜想·假设→方案·实施→结果·描述→推理·分析→结论·问题→交流·合作”步骤，其简易变通思路是发现问题、分析问题、解决问题。问题设计的关键是具有探究性，融入科学探究思路的问题才是最有价值的问题，关注科学探究思路就能抓住问题设计的关键。

1.4社会责任显内涵

建模教学过程中问题设计的终极目标是指向社会责任的，课标中提到的社会责任是基于生物学的认识，参与个人与社会事务的讨论，作出理性解释和判断，尝试解决生产生活中的生物学问题的担当和能力。培养学生的问题意识，有利于实现社会责任的教学目标。建模教学过程中问题设计的深刻内涵彰显包括：学生能用生物知识造福人类，关注社会，参与讨论，辨别真伪，保护环境，健康生活，关爱生命，解决问题等等。

1.5模型建构呈结果

每一个模型的建构都要聚焦一个中心问题，每一问题的解决都可对应一个模型。如图1聚焦的中心问题是：为什么说核酸是遗传信息的携带者？该问题的答案可以在对应的模型中寻找。如图1所示概念模型中，各节点及其联系就是一系列具有逻辑关系的子问题，子问题就能呈现中心问题的答案要素和逻辑关系。用模型建构思路呈现问题的结果有利于问题的设计。

2.体现建模价值

理解课标转而为目标，化目标而为优质问题，不仅能为课堂教学提供良好开端，也能体现出建模的价值：提供教学主要内容、呈现探究逻辑路径、梳理建模基本思路、展示模型关键术语和分配学习活动任务。如图1所示内容的三个问题能体现出建模的价值：①（宏观把握结构）画出“元素组成→化学组成→基本单位→化学结构”核酸构成示意图，解释为什么不同生物的核酸不同？②（深入基本单位）用图示表示核苷酸，比较核糖核苷酸和脱氧核苷酸异同，说出核苷酸的组成和种类各有哪些？③（结构功能统一）说出核酸的种类和功能，并说明核酸为什么是遗传信息的携带者？

2.1提供教学主要内容

问题设计能提供教学的主要内容，如图1所示的核酸概念模型的问题设计中，就已经展示了构建核酸概念模型的主要内容：核酸的元素组成、化学组成、基本单位、化学结构，核酸的功能——遗传信息的携带者等。

2.2呈现探究逻辑路径

如图1所示的核酸概念模型的建构过程中，构建模型的路径在上述问题中有体现：宏观把握核酸的结构（元素组成→化学组成→基本单位→化学结构）→深入基本单位的理解→突出结构与功能相统一的生命观念。

2.3梳理建模基本思路

如图1所示的核酸概念模型，建构的基本思路在上述问题中有体现：元素组成→化学组成→基本单位→化學结构;核苷酸的组成和种类、以及核苷酸排列顺序等等差异;核酸的核苷酸排列顺序决定了核酸的差异性而与其功能相统

一。

2.4展示模型关键术语

如图1所示的核酸概念模型的建构，在问题设计中，对问题的文本描述出现了核酸概念模型的关键术语，如元素组成、化学组成、基本单位、化学结构，核苷酸、核酸，核酸是遗传信息的携带者等关键术语。

2.5分配学习活动任务

如图1的建构，在问题设计中分配了活动内容、展示了活动任务：①画出“元素组成→化学组成→基本单位→化学结构”核酸构成示意图，解释不同生物的核酸不同;②用图示表示核苷酸，比较核糖核苷酸和脱氧核苷酸异同，说出核苷酸的组成和种类;③说出核酸的种类和功能，并说明核酸是遗传信息的携带者。

3.落实方法思路

解决问题包含起因、思路、过程、实质和结果五个要素，利用科学探究的方法设计问题需明确自变量、因变量、以及自变量和因变量之间的关系。建模教学的核心是“模型”，问题设计的指向是模型的建构（或解析或应用）。如“核酸是遗传信息的携带者”的第一个问题包含起因、思路、过程、实质和结果五个要素：（宏观把握结构）画出“元素组成→化学组成→基本单位→化学结构”核酸构成示意图，解释为什么不同生物的核酸不同？

3.1展示问题的起因

展示问题的起因，即“画出‘元素组成→化学组成→基本单位→化学结构核酸构成示意图”，结合教材展示出已知信息或素材，包含了元素组成、化学组成、基本单位、化学结构等信息或素材。

3.2明晰问题的思路

明晰问题的思路，即“画示意图→据图描述→得出结论”的思路，是问题的思路，也是过程的展示，问题的思路由此而明晰。有画图、有描述，也有分析得出结论，思路清晰，逻辑递进展示活动。

3.3突出问题的过程

画出“元素组成→化学组成→基本单位→化学结构”核酸构成示意图，然后再解释核苷酸的种类和差异，并进一步说明与核酸的种类和功能的关系。先画图，再解释，最后需说明而点题，有过程、有结果指向。

3.4聚焦问题的实质

解释为什么核酸是遗传信息的携带者，必然与“元素组成→化学组成→基本单位→化学结构”等有关，先画出图示再解释，体现因果内涵，聚焦了问题的实质——核酸是遗传信息的携带者与核酸的组成和结构有关。

3.5显现问题的结果

画出核酸构成的示意图，再描述核苷酸的种类和差异、核酸的种类和功能，突出过程性结果——示意图（或图示）、终结性结果——核酸的结构与功能关系。问题的设计呈现了问题的结果指向。

4.关注设计细节

所设计的问题既要以课标内容为指导，又要以教材为依据，还要体现学科核心素养的培养目标，更要激发学生的学习兴趣。因此，关注问题设计聚焦、准确、规范、清晰、简明等细节是十分必要的。

4.1问题聚焦精而不多

从教材看，问题聚焦的是“核酸是遗传信息的携带者”，与“核苷酸→结构→功能”这一思路相符，并将重心落在功能上。从课标内容描述看，将问题聚焦在“核苷酸→结构→功能”思路上（见上述三个问题）。由此可见问题很聚焦，核心问题一个，聚焦在一个问题的三个逻辑点上，仅有三个关联的问题，问题聚焦而不多。

4.2指向准确正而不偏

“核酸是遗传信息的携带者”的三个问题，指向准确，分别指向基本单位、特定结构、特定功能三个点。如组成核酸的基本单位节点问题是“用图示表示核苷酸，比较核糖核苷酸和脱氧核苷酸异同，说出核苷酸的组成和种类各有哪些？”不偏不倚，正中节点——基本单位——核苷酸。

4.3术语规范简而不繁

问题中必须呈现学科术语，学科术语是专用的、规范的、简明的。如“核酸是遗传信息的携带者”三个问题所包含的学科术语：“核酸是遗传信息的携带者;元素组成、化学组成、基本单位、化学结构;核苷酸、核酸;DNA、RNA;结构、功能”。

4.4逻辑清晰显而不藏

如“核酸是遗传信息的携带者”三个问题间的逻辑是清晰的：“基本单位→特定结构→特定功能”。突出了“元素组成→化学组成→基本单位→化学结构→特定结构（核苷酸排序特定）→信息特定”——“遗传信息的携带者”。

4.5描述简明准而不泛

问题的描述有活动任务的关键词语、有活动的路径指向、有方法思路的体现，并且简明、准确。如：“（深入基本单位）用图示表示核苷酸，比较核糖核苷酸和脱氧核苷酸异同，说出核苷酸的组成和种类各有哪些？”该问题有活动任务“画图和比较异同”，有路径指向“根据图示描述”，有方法思路“图示信息转换成文字信息”等等。问题描述的内涵丰富而又简明、准确，易于理解，有利于解答问题。

【参考文献】

[1]中华人民共和国教育部.普通高中生物学课程标准（2017年版）[M].北京：人民教育出版社，2018：4-5

（基金項目：四川省成都市2018年度教育科研课题《基于思维图示化的高中生物建模教学策略研究》（CY2018M40）。）