指向深度学习的高中生物学模型建构研究

王小英

摘 要：高中生物的学习离不开模型建构，简述概念模型、物理模型及数学模型的特点，以深度学习为指引，引导学生树立建模思想，提高建模能力，促进学科核心素养的发展。

关键词：高中生物;深度学习;模型建构

深度学习是指在教师的引领下，学生围绕具有挑战性的学习主题，全身心积极参与，体验成功，获得发展的有意义的学习过程。在这个过程中，学生掌握学科的核心知识，理解学习的过程，把握学科的本质及思想方法，形成积极的内在学习动机，高级的社会情感，正确的价值观。高中生物主要是研究生命现象及其活动规律的一门学科，相应的内容也就非常的抽象复杂，立足于生物学科素养，通过模型构建可以帮助学生理清知識脉络，辨析认识对象的主要特征，化抽象为具体，提高生物学思维能力，逐步达到深度学习。

一、构建概念模型，形成系统的知识网络，促进深度学习

概念模型是采用图示、文字及符号的形式将事物的本质特征、属性及事物之间的内在联系清晰地展示出来。生物是一门以概念为核心的学科，掌握概念模型的构建，一方面可以更好地梳理核心概念之间的逻辑关系，另一方面也能更多地挖掘与核心概念相关的内容，进行有效迁移，再通过分析整合，从而完善知识体系，形成由点及面立体的知识结构，从而促进学生深度学习。

新课程背景下，特别是新高考试卷中选择题题干文字信息量较以往明显增多，如何快速准确地梳理题干信息的逻辑关系，提升解题效率？笔者认为在解题的过程中可以训练学生构建概念模型，剖析题干信息并用概念模型表示出来，就可以在纷杂的信息中抓住关键词，同时结合教材及选项准确定位所要考查的知识点进行扩展和发散，积极主动地进行探究并找到答案，避免学生处理信息过程中丢三落四的困扰。因此，教学过程中积极引导学生主动参与构建概念模型，不仅可以深化学生对生命观念的掌握，还可以锻炼学生的科学思维，提高学生分析问题和解决问题的能力，促进学科核心素养的发展。

二、构建物理模型，化间接经验为直接经验，推进高阶思维发展

物理模型是利用相似原理，以实物或图画的形式把真实事物按比例放大或缩小制成的模型，直观地表达认识对象的特征，其状态变化和原事物基本相同。需要强调的是这里提到的实物是制作模型所需要的实体材料，另外以相片作为载体记录下认识对象的真实状态并非物理模型。与概念模型相比，物理模型多了些直观性和趣味性。如教材中呈现的生物体结构的模式图、细胞结构模式图、生物膜流动镶嵌模型、ATP分子结构图、细胞分裂图解、DNA分子结构图、基因的表达过程模型等，还有学生自己动手制作的一些物理模型，如动植物细胞结构模型、DNA分子双螺旋结构模型、受精过程模型、基因工程中构建表达载体的过程模型。学生在进行物理模型的构建过程中，将教材中与认识对象相关的间接经验转化为实体模型，并对模型进行多元评价和修正，有效地丰富了生物学知识的直接经验，同时锻炼了逻辑推理能力、辩证思维和文字表达能力，推进高阶思维的发展，达到深度学习。

三、构建数学模型，揭示事物的本质特征，强化生物学思维

数学模型是运用数理逻辑方法和数学语言，以图表、函数、公式及符号等数学形式真实系统地揭示事物的本质特征、数量关系和变化规律等。构建数学模型传统的步骤如下：观察研究对象，提出问题→分析各种因素，提出合理的假设→根据实验数据，用适当的数学模型对事物的性质进行表达→通过进一步实验或观察等对模型进行检验或修正。运用数学模型构建的传统方法来研究生物学问题的例子很多，如探究影响光合作用环境因素、探究影响酶活性的最适pH和温度、探究不同生长素浓度对植物不同器官的作用、探究种群数量的变化等，借助数学模型解决生物学问题，可以将复杂问题进行简化，抓住问题的关键影响因素，引导学生积极思考，分析综合，层层递进，获得事物发展的一般规律。在辨析生物学概念间的数量关系时，如染色体与DNA的数量关系、蛋白质合成过程中氨基酸与肽键的数量关系、同源染色体与四分体的数量关系，DNA及mRNA中碱基数与氨基酸的数量关系等，适当建立数学模型，可以清楚直观地揭示它们的关系，深化理解生物学概念知识，强化生物学思维，达到深度学习。

四、总结

三种模型的构建方法、侧重点及呈现形式皆不同，在应用的时候需结合教学内容，根据不同的教学目标及需要达到的教学效果，以深度学习为指引，引导学生树立建模思想，积极主动地构建模型来理解生物学知识，强化模型的综合应用，全面把握前后知识之间的内在联系及其本质，对生物学知识进行深度加工，化抽象为直观，化繁为简，突破重难点，实现有效教学。

参考文献：

郭华.如何理解“深度学习”[J].四川师范大学学报（社会科学版），2020，47（1）：89-95.