立足生物学模型构建的活动教学法研究

基金项目：江苏省教育科学“十二五”规划课题“基于科学方法的中学生物模型教学策略的研究”（编号：D/2015/02/173）、江苏省教育科学“十三五”规划重点资助课题“高中生物‘模型构建教学的实践研究”（编号：JS/2019/ZX0211-08927）。

摘 要 依托模型构建来组织、实施活动教学法，其教学架构为：依托活动数据建构数学模型，提出问题；借助探究活动建构物理模型，演绎推理；通过科学读写建构概念模型，归纳概括；用生物学模型诠释现实情境，解决问题。立足生物学模型构建的活动教学模式，能辅助学习者逐步拓展知识的维度、广度和深度，最终从生命深处唤起学习者思维转化的意识。

关键词 模型构建；活动教学法；血糖平衡

中图分类号 G633.91

文献标识码 A

文章编号 2095-5995（2022）04-0055-03

活动教学法以认知活动为突破口，强调外显行为活动与思维内化活动的有机融合，重视认知活动与情意活动、教师主导活动与学生主体活动、学生个体活动与群体活动的协调。列昂捷夫指出，活动结构内部形态（活动—动作—操作以及相应的需要—动机；动机—目的—条件—任务）的转化是个性、心理、意识发展的动力。^[1]《普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）》指出，在按照课程标准实施必学内容教学时，可以适当安排一些活动，以拓宽学生的视野，发展学生的愛好和特长，培养学生的创新精神和实践能力。^[2]以模型构建为认知载体的活动式教学，旨在依托模型构建这个平台，交互整合新旧讯息去帮助学习者获取解决新问题的情境体验历程。将模型构建关联为活动教学中重要的一环，其功能主要体现在：模型构建达成认知体验的活动建构，辅助学习者逐步拓展知识的维度、广度和深度，激发其创造力，强调从生命深处唤起学习者思维转化的意识，体现其生命感和价值感。

模型构建的活动式教学是将活动项目按一定次序彼此衔接、前后更替的一系列主导活动类型体系，构成了学习者心理整体性发展的基础，其基本架构如图1所示。本文以“血糖平衡的调节”为例，介绍如何基于模型构建，开展活动式教学。

一、依托活动数据建构数学模型，提出问题

活动数据就是利用现代化仪器采集机体参与实验活动的生理反应方面的数据。借助活动数据构建相关模型，可视化地表征个人的内部认知结构，为学生深层理解、深度学习奠定基础。

例如，为了让学生能显性化地感受血糖动态平衡的事实，教师可创设“血糖定量测量”的课前实验活动。其具体实验过程如下：第一步，教师从班级中精选出6至7名生物学科代表，并对其正确使用血糖测量仪及采集和处理实验数据的技能进行培训；第二步，依据每协作小组约6人的标准，将全班分成若干单元，每单元成员在学科代表的带领下，利用课余或空闲时段，错峰完成各人空腹及餐后不同时段（0.5 h、1 h、1.5 h、2 h）的血糖浓度水平的测定（每人需进行三次全过程测量），并计算出个人空腹及餐后每时段的血糖平均值；第三步，将测量的数据依次、分组别地输入Excel数据库，生成诸如柱状型、折线型等数学模型；第四步，教师引导学生对各自建构的血糖数学模型，在组内、组间开展广泛的交流与讨论，尝试从数学的视角，分析、归纳、总结出血糖动态变化的规律，提出“生物体是如何维持血糖动态平衡”的问题。

通过活动体验获取相关活动数据，再依靠信息技术建构数学模型，然后依托直观的数学模型辅助学生逐步洞悉隐藏在生活现象背后的变化规律。这种活动模式一方面彰显了活动的针对性、有效性和高效性，引出了新课的主题；另一方面也激发了学生的学习兴趣，提升了学生对实验数据的采集和处理能力，使学生的科学思维、探究能力得到了进一步锻炼。

二、借助探究活动建构物理模型，演绎推理

科学探究活动的设计和安排应当以探究能力的培养为重要线索，将知识体系和探究能力体系两者进行整合，使之形成有机的整体。就某一具体教学内容来说，究竟设计为哪一种类型的活动，要视内容特点、学生基础和学校条件而定。例如，在讲授“血糖的来源和去路”这一内容时，教师可创设如下探究活动。

（一）探究活动的课前准备阶段

第一步，制作材料库。依据图2材料库所示的内容，在裁剪好的磁性卡片上注明各自的名称。第二步，在硬纸板或小黑板上采用简笔画的形式画上小肠、血管、胰岛B细胞、胰岛A细胞、组织细胞，以及胰岛素受体和胰高血糖素受体等。第三步，制定好以小组为活动单元的学生名单。

（二）模拟“餐后血糖调节”的探究活动

探究活动过程见图2。第一步，学生把标有“食物中的糖类”字样的卡片贴在“小肠”一栏。然后小组开展讨论：糖类会发生什么变化？第二步，在“糖类消化分解会产生大量葡萄糖”的讨论中，学生把9张标有“葡萄糖”字样的卡片贴到“血管”一栏。小组进一步讨论：血糖浓度升高，胰岛A细胞、胰岛B细胞会发生什么变化？怎样才能把血管内血糖降至只有3至4张标有“葡萄糖”字样的卡片的平衡状态？第三步，在“胰岛B细胞分泌的胰岛素增多、胰岛A细胞分泌的胰高血糖素减少”的讨论中，学生把3张代表“胰岛素”的卡片贴到“胰岛素受体”上、把1张代表“胰高血糖素”的卡片贴到“胰高血糖素受体”上。第四步，依据血糖的主要去路，学生先把标有“CO2+H2O+能量”字样的卡片贴到“组织细胞”内，顺势从“血管”一栏取下3张“葡萄糖”卡片；然后把标有“肝糖原”“肌糖原”字样的卡片贴到“组织细胞”内，顺势从“血管”一栏取下2张“葡萄糖”卡片；接着把标有“脂肪氨基酸等非糖物质”字样的卡片贴到“组织细胞”内，顺势从“血管”一栏取下1张“葡萄糖”卡片。经过上述活动操作，此时血管内的血糖就降到了先前预设的3至4张标有“葡萄糖”字样的卡片的平衡状态了。

（三）模拟“空腹血糖调节”的探究活动

探究活动过程参照图2。第一步，学生把1张标有“葡萄糖”字样的卡片贴在“血管”一栏。然后小组开展讨论：胰岛A细胞、胰岛B细胞会发生什么变化？怎样才能将血管内血糖恢复至含有3至4张标有“葡萄糖”字样的卡片的平衡状态？第二步，在“胰岛B细胞分泌的胰岛素减少、胰岛A细胞分泌的胰高血糖素增多”的讨论中，学生把1张代表“胰岛素”的卡片贴到“胰岛素受体”上、把3张代表“胰高血糖素”的卡片贴到“胰高血糖素受体”上。第三步，依据空腹状态下血糖的主要来源，学生先把标有“肝糖原”字样的卡片贴到“组织细胞”内，顺势在“血管”一栏贴上2张“葡萄糖”卡片；然后，学生把标有“脂肪氨基酸等非糖物质”字样的卡片贴到“组织细胞”内，顺势在“血管”一栏贴上1张“葡萄糖”卡片。经过上述活动操作，此时血管内的血糖就恢复到了先前预设的3至4张标有“葡萄糖”字样的卡片的平衡状态了。

通过探究活动构建动态的物理模型，有利于物态化、直观化地呈现事物发展的次序变化及内在规律。借助“血糖平衡调节”的探究活动构建相应的物理模型，引导学生深入地理解“血糖”和“血糖调节”两个核心概念的区别与联系，适切性地挖掘学生已有的学习经验，拓展其认知的深度、广度和维度。

三、通过科学读写建构概念模型，归纳概括

作為探寻科学真知的一种阅读活动，科学读写能培养学习者准确获取科学信息、判断和运用科学信息的能力。基于科学读写实施生物学教学活动，能让学习者在阅读活动中完成概念体系的模型化构建，实现相关知识的深度关联，获取像科学家一样思考的历程。^[3]例如，在讲授“血糖平衡的调节”这一内容时，教师可创设如下科学读写活动。

（一）科学读写活动的课前准备阶段

第一步，文本建构。教师通过图书馆、网络平台收集和打印神经—体液共同调节血糖平衡机制的相关科学文献资料。第二步，制作材料库。教师依据血糖平衡的调节机制，制作好如图3概念模型要用的磁性卡片。

（二）依托文本构建概念模型

采用文本阅读任务的形式驱动“血糖平衡调节机制”的科学读写活动，培养学生对关键信息的主动捕捉与审辨提炼的能力，促使学生从纷繁复杂的海量信息中提取有效信息，建构概念体系，最终完成“血糖平衡调节”的概念模型（如图3所示）。

采用科学读写活动建构概念模型，对核心概念进行具体的分析阐释，可以引导学生经历知识的形成过程，在原有知识和经验的基础上扩充新知识，并对知识进行深度理解和内化整合。在借助科学读写活动构建概念模型时，要处理好个人独立性与小组合作性的关系。比如，在组织学生互评的过程中，既要突显学生个性化的学习成果，又要秉持科学评价的严谨性。

四、用生物学模型诠释现实情境，解决问题

运用生物学模型解决实际问题时，斯坦豪斯主张采用“过程目标”或“内容目标”，即将目标表述为预先规定的学习内容、活动情境和过程。^[4]在生物学教学中，尝试应用模型构建解决现实生活问题，不仅有利于学生建模思想的建立和建模能力的提升，也有利于学生获取解决生产生活问题的担当和能力。例如，在“血糖平衡的调节”这一内容的教学成效测评和反馈阶段，教师可以创设如下活动情境：请利用本节课构建的模型，尝试分析某人尿液中富含葡萄糖的原因。

学生依据图2所示的物理模型，推理分析可知：第一，若此人为健康人，则是因为一次性摄入的糖类过多，致使糖类氧化供能，转化为肝糖原、肌糖原和非糖物质后，仍有大量葡萄糖滞留在血浆中，导致多余的葡萄糖只能以尿液的形式排出；第二，若此人为糖尿病患者，则是因为降血糖的主要途径氧化供能发生了障碍（障碍1可能是由于胰岛B细胞受损，胰岛素分泌不足，致使胰岛素受体不能向组织细胞充分传递降血糖的讯息，导致血浆中仍滞留大量的葡萄糖而产生尿糖，即所谓的Ⅰ型糖尿病；障碍2可能是由于胰岛素受体受损，致使其不能充分接受来自胰岛素降血糖的讯息，导致血浆中仍滞留大量的葡萄糖而产生尿糖，即所谓的Ⅱ型糖尿病）。

根据情境中的线索，获取指向问题解决的思维建模方式，引导学生学习往深水区延展，使学生在解决实际问题时，拥有转变或改造相关知识的能力，建立正确的生命观，养成健康文明的生活方式，成为健康中国的促进者和实践者。

（左开俊，江苏省震泽中学，江苏 苏州 215200）

参考文献：

[1] 高文.教学模式论[M]上海：上海世纪出版集团上海教育出版社，2002：401-402.

[2] 中华人民共和国教育部.普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）[M].北京：人民教育出版社，2020：66.

[3] 董清，丁奕然.以科学读写践行深度学习的生物学教学研究[J].天津师范大学学报（基础教育版），2021（1）：83-87.

[4] 左开俊.基于模型构建的支架式教学研究——以“生态系统的物质循环”为例[J].生物学通报，2021（8）：30-32.

责任编辑：毛盼盼