基于“模型建构”的高中生物学科核心素养培养探究

戴金跃

摘 要：核心素养是指学生通过学习应具备的，能够适应终身发展以及社会发展需要的关键能力和必备品格。随着课程改革的不断深入，培养学生学科核心素养已经成为广大教育工作者的共识，如何依托学科教学培养学生核心素养，构建高效课堂成为每一位教师研究的重要课题。在生物教学中，利用模型建构促进学生思维品质、关键能力发展，有效提升学生生物核心素养的能力。文章结合笔者教学经验简要分析模型的概念以及模型的分类，重点探讨模型在高中生物教学中的建构，借助模型建构教学提高学生生物核心素养。

关键词：高中生物;核心素养;模型;思维品质;能力

一、 引言

模型建构是一种方法，也是一个过程。建立模型的过程是学生深度思考的过程，是有利于学生思维品质以及关键能力发展的。将模型作为一种研究手段，是人们认识世界以及塑造世界的一大创造。《普通高中生物课程标准》（以下简称《课标》）将模型思想界定为教学的重要思想，在高中数学、高中化学、高中地理、高中物理、高中生物等学科教学中广泛应用。培养学生建立模型的能力，能够帮助学生理解核心概念形态、特征，了解事物本质，逐步提高学生核心素养。可以说，模型建构是科学研究中的重要认识手段以及思维方式。《课标》明确了模型等科学方法在科学研究中的作用，同时也要求广大教育工作者要注重培养学生建模能力以及模型思想。在生物学教学中，利用模型建构研究方法开展多样化教学活动，让学生主动成为知识的建构者，有助于促进学生生物核心素养的养成，提高课堂教学效率。

二、 模型的概念及其分类

模型是由元素、关系以及控制其相互作用规则组成的概念，外部特征进行体现，作为一种科学研究工具或者媒介存在的，能够帮助学科研究人员描述或者解释现象。高中生物教学中应用模型有利于将抽象知识具体形象化，便于学生理解和掌握，尤其是抽象概念知识，提高学生学习效率。研究者将模型分为尺度模型、数学模型、理论模型、概念与过程模型、图表（图像）模型等多种类型。生物教学中应用最多的就是概念与过程模型、图像模型。当然，各种模型在教学中是交叉应用的，每一种模型类型价值和功能不同。比如生物知识中种群增长“J”型曲线模型就是在推理数学公式的基础上形成的。概念与过程模型可应用于知识结构体系的构建和呈现，在生物概念教学以及知识复习中广泛应用。图表模型则是一种相对直观形象的模型结构，用以描述概念、事物特征，例如细胞分裂过程就可以应用图表模型，更加直观形象地呈现重难点知识。

三、 基于“模型建构”的高中生物学科核心素养教学实践分析

（一）构建图表模型，激发学习兴趣，培养学生社会责任素养

爱因斯坦说道：“兴趣是最好的老师。”强调了兴趣的重要性。学生只有对生物知识感兴趣之后，才会主动积极地求知、探索、实践，掌握学科知识。但由于高中生物教材中大部分内容都比较抽象，加上受教学环境、教学时间的影响，很难让学生在课堂上进行直观的观察以及实验探究，导致学生对部分概念知识难以理解，认为生物学习活动比较枯燥乏味，产生的感性认识不足，难以激发学生的学习热情。针对此，教师不妨通过模型建构进行教学。例如，教学《细胞的基本结构》这一章节时，可以用多媒体展示细胞的结构模型图，以直观形象的图形呈现细胞的结构及其组成器官，然后再进行细胞结构和功能教学，学生对知识的理解将会更加深刻;同时也可以鼓励学课后自主绘制细胞基本结构模型图，或者组织学生参加“制作真核细胞的三维结构模型”实践活动，让学生自己动手建构细胞模型，真实地体验细胞结构，在体验的过程中深刻感知每一个细胞结构的具体功能，在深化学生概念知识理解的同时帮助学生记忆细胞结构功能，避免学生“张冠李戴”。且这样的教学活动也符合学生学习需要，能够满足学生兴趣需要，让学生真切地感受细胞的结构复杂而精巧，各种结构配合协调，使生命活动能够在变化的环境中自我调控、高度有序地进行，间接发展学生热爱生命、尊重生命、敬畏生命的社会责任素养。

（二）构建数学模型，掌握知识规律，体现出生物知识本质

高中生物教学过程中也会应用不少数学模型，这些数学模型充分体现了生物知识的本质，能够帮助学生理解重、难点知识。例如，在《种群数量的变化》这一内容教学过程中，种群数量增长特征就可以用“S”“J”型曲线图呈现。其中“J”型曲线图体现出了理想环境中动物疯狂增长的特征，如下图2所示;“S”型曲线图主要反映了现实环境中种群数量的变化，体现了原始种群增长与资源的关系，全面展示了种群数量变化，如下图2（大草履虫种群的增长曲线）、两种数学模型都有利于生物知识本质的反映，能够提高课堂教学效率。在教学过程中，教师还需要重点引导学生对比“J”型曲线和“S”型曲线的异同，让学生认识数学模型构建的基本过程熟悉并掌握这种技能。又如在《酶的特性》这一内容教学中，为了引导学生学习pH值对酶活性的影响这一核心知识，教师可以给学生创设一个实验活动，通过多媒體播放pH值对酶活性影响实验的视频，让学生观察实验现象，通过现象总结物质特性以及规律：pH值对酶的活性有影响，pH值过高或过低都会抑制酶的活性。然后引导学生绘制一条关于pH值与酶的活性变化曲线，通过曲线图直观反映pH值对酶的活性的具体影响。

通过建构数学模型，更有利于直观形象地呈现生物规律，帮助学生深刻认识事物本质。很多科学家在科学研究中都应用了数学模型思想，比如孟德尔、牛顿、爱因斯坦，教师在生物教学实践中也要有意识地引导学生建立模型，借助模型学生物。

（三）建构知识体系，形成核心概念，培养学生理性思维

《课标》要求广大生物教师要引导学生归纳概括、演绎推理、建立模型，并且运用批评性思维等方法探讨生命现象以及生命规律，这是培养学生理性思维的重要方法。而模型与建构旨在培养学生学习能力，作为一种学习方法，有利于发展学生归纳概括、演绎推理能力。如下图3所示，直接反映了种群数量的特征概念，清晰地体现了不同概念之间的关系，同时也突出了核心概念。在生物教学过程中，教师有意识地引导学生建立如下图所示模型，直接引导学生推理演绎、归纳概括，促使学生理性思考和探索，潜移默化地促进了学生生物核心素养发展。