初中生物“模型和建模”引导深度学习

福建省三明市沙县区第六中学 郑喜芳

模型的产出是学生将抽象内容转变为具象化图样，并在明确其中包含的本质内涵的基础上逐步对生物理论加以深化。此过程的完善，需要教师有意识地将学生组合成探究小组，通过给出模型构建的主题或者任务，适当给予帮助，进而引导学生打破知识间的壁垒，弄清楚理论间的联系，并且可通过实物等加深对生物理论的认识深度，以此满足深度学习的要求，提升课程开展的质量。

一、模型与建模概述

（一）模型与建模概念的阐释

结合大量的研究资料可以看出，模型、建构、模型建构间的关系较为紧密。就模型而言，其指的是在特定目的的指引下，通过给定条件，将满足观察客体的外部形态、内部结构、功能特质等展示清楚，从而形成与客体本质相似且相符的思维、物质。这说明模型最终以实物或者思维可视化图样的形式存在。就建构而言，其源于建筑学，是指重新建造出一种结构，用于教育过程则是将原有的知识理论内涵拆分，运用全新的思维方式和认知特点，说明原有的内涵。此过程并非凭空而论，而是要从表象、内里相结合的方向寻找到适宜的拆分方法。就模型建构而言，其体现出了某一定论、物质等最为本质的功能和特性，通过更为直接易懂的形式说明其功能与特征，以此为理论的应用建立起桥梁，使得学生能够对生物学本质有所认识，达到深度学习的效果。

（二）模型的分类

在初中阶段，模型主要可分为三大类：物理模型、概念模型和数学模型。首先，物理模型是对生物和生物生理过程的还原，其通过按照一定比例缩小或者放大的办法展示出相应的生物活动真实情况。比如细胞结构图、受精过程、种子发育过程等等，均能够符合物理模型建构的特征。物理模型一般要求学生亲自动手制作，制作的过程锻炼了学生的动手操作能力，其兴趣得以激发，以此保证学生将基本结构准确记忆在脑海中，有助于其辨析不同结构的异同。其次，概念模型主要体现为思维导图、树状图、韦恩图等，其通过对知识点加以连接说明二者存在的关系，可以是平级形式，也可是包含关系等，利用符号、数字、框架等建立起知识间的联系。其中思维导图的应用最为广泛，其核心能够体现出模型的主题，以此将与其相关的知识点布置为分支，能够应用于阶段性复习或者知识体系构建的环节中，体现出对重难点知识的解决。学生结合思维导图中的内容和关系梳理出符合个人认知的理论框架，充分契合整体性思维的培养需求。最后，数学模型是展现出生物体或者生态环境的变化规律的工具，通过使用数学语言，结合图形、函数图像等直观展示出数量变化的关系。由于初中阶段是学生学习生物的初始过程，数学模型的抽象性过强，在教学中应用并不广泛；但如若能够完成数学模型的构建，则说明学生已经初步具备了将直观转变为抽象的能力，值得在后续的教学中予以探索。

二、模型构建对生物教学的意义

（一）有效激发学生的学习兴趣

初中生物作为一门抽象性的学科，很多初中生在学习过程中难免会出现难以理解和掌握的情况。再加上受到传统应试教学观念的长期影响，很多教师依旧应用传统单一的授课方式，导致学生处于被动学习的状态，很难对生物学科提起学习兴趣。而模型在生物教学中的应用，不但能为学生营造出活跃、有趣的氛围，还能适当降低学生的学习难度，帮助其更好地理解和掌握知识内容。通过将抽象的知识变得更加生动、直观，能够有效提高学生的学习兴趣。

（二）提高学生的自主学习能力

在传统的授课方式中，教师更加重视学生对基础知识的掌握，不够重视强化学生自身的学习能力和思维能力。再加上很多学生都没有形成自主学习的意识，在学习中不够主动，导致教学的整体效果并不理想。而模型的应用则能够充分突出学生在课堂当中的主体地位，能够开发学生的思维，提高其对知识的探索欲望。同时，通过模型的构建还能促使学生在脑海中对生物知识形成一种映射，使其逐渐形成一种独立思考的思维，有效提高其分析问题和解决问题的能力。

三、初中生物模型建构的主要教学策略

模型的构建就是通过模型去抓住事物的最主要特征和功能。教师在初中生物模型建构的过程中，要注重为学生打造灵活多样的建模教学模式，应用简化的方式将复杂的知识结构为学生展现出来，引领其充分地认识客观世界中最本质的东西；通过对模型建构的目的进行明确，选择好模型的表征形式从而构建出适合建模教学的典型知识。同时，教师还需充分重视对模型进行检验和评价，以此不断纠正和完善生物学模型的不足之处。

（一）物理模型建构

物理模型的构建在初中阶段常出现在对DNA双螺旋结构、动植物细胞结构等的制作中。通过选定学生较为感兴趣的材料来表示生物体的基本特征，可以完成对微观事物的放大，也可实现对宏观事物的缩小，以此说明其具体的结构特征，并在结构特征的指引下，能够清楚地认识到性质或者性状的体现因哪些结构的作用而实现。物理模型的制作过程相对较为简便，无需对工艺有过高的要求，只需要在保证各部分结构所在的位置和大小比例符合科学理论，保证材料易得且能够激活学生兴趣的前提下展开即可。具体的建构步骤如下：首先，引导学生一同观察原型对象，说明其核心要素和功能的体现结构；其次，选择相应的生活化材料，开展建构的学习活动。在初步建构完毕后，学生间相互讨论，说明其所给出的模型与原型之间的差异，进而加以修正，并与其他小组分享，在课后予以优化。在初中阶段，应用此种模型建构较为适合的包括花的结构、泌尿系统、动植物细胞结构等。如若能够合理应用，将会在调动学生学习积极性的基础上，加深其对理论知识的记忆以及内化程度。

以“植物细胞结构模型的构建”为例，在学习完相应的知识后，学生已经了解到在植物细胞中含有叶绿体、线粒体、液泡、细胞质、核、膜、壁。教师可要求学生以小组为单位，使用所提供的材料，设计本小组的植物细胞结构模型。教师可提供不同颜色的卡纸、不同颜色的豆子和谷物等，引导学生参与到模型的构建活动中。但是在观察各小组的制作过程时，学生所形成的细胞核和液泡模型并不符合实际植物的结构特征，有些小组的液泡占比较低，无法说明其在植物成熟细胞中的微观特征。面对此种情况，教师要耐心指导，先让学生采取自查的方式，通过回忆成熟植物细胞结构的特点，查看所制作的模型是否存在有违科学实际的部分。一般通过自查学生便可清楚地知道液泡的体积占比约为整个植物细胞的，并且细胞核要在一旁，以此才能说明成熟植物细胞的特征。还有一部分学生只注重对细胞器大小位置的区分，使用红豆作为叶绿体，绿豆作为线粒体，这与认知的内容不符。此时教师可采用幽默的方式启发学生：原来在大家的眼里绿色的植物是红色的啊！不然你们的叶绿体怎么是红色呢？以此提醒学生关注细胞器与植物性状之间的关系，连接了宏观与微观世界，达到深度学习的愿景。在完成模型制作后，教师可提出开放性问题：现在大家自己去生活中寻找材料，说一说你能用哪些材料完成模型的制作。此时大部分同学想到了用橡皮泥，利用不同颜色的橡皮泥能够精准塑型，更为精准地表现出每个细胞器的特征。

（二）概念模型建构

教师在授课中，可以尝试借助概念模型帮助初中生建构系统的生物知识体系。概念模型的构建是对某一关键性知识点的展现，利用从属、并列、因果关系等说明理论间的内部联系，以此保证对核心概念外延的拓展深度。同时，概念模型还能对各个生物知识进行总结与概括，能够帮助初中生更好地掌握所学的知识结构。在处理概念模型的建构问题时，教师要教会学生运用思维导图，借助动画或者视频展示思维导图的制作过程，说明中心、分支和连接方式具体的表征意义，进而建立起核心概念和外延概念之间的联系，引导学生完成对知识体系的建构。具体的建模过程如下：先带领学生一起对概念间的关系进行梳理，确定关键点，画出草图后连接好各个概念间的关系，并在其他同学给出完善的意见后对思维导图加以优化。在初中阶段能够应用概念模型的教学过程较多，除了在概念的理顺中可以应用外，在解题思路分析和错题整理的环节也能使用。可将题目作为中心点，题目解决的各个步骤都可作为分支，某一步骤中涉及的理论和思维方式可作为外延概念发挥出实际的效用。因此，教师要提升对此种模型建构的重视程度，将其应用于不同的教学活动中。

以“细胞分裂的概念模型制作过程”为例，引导学生观察课件上的洋葱根尖细胞分裂不同阶段的显微照片，提出问题：不同阶段的洋葱细胞，其染色体的形态相同吗？学生很明显可看出其根据阶段的不同，存在着相应的差异。教师继续提问：形态上有哪些差别？学生深入观察，发现其在不同的分裂阶段都具备相应的特点。由此，可设置制作有丝分裂思维导图的活动，要求学生以小组为单位，探究在有丝分裂的不同阶段的概念图。引导学生将细胞有丝分裂作为中心点，分支设定为间期、前期、中期、后期和末期。其中，间期的特点是完成了DNA复制和合成有关蛋白质的活动，前期的特征是染色体散乱分布，中期的特征是染色体的着丝点排列在赤道板上，后期完成着丝点分裂，末期染色体平均分配到两个子细胞中。有些同学以细胞质、细胞核、DNA、植物动物区别作为分支，值得表扬，体现出在现有的作用结果下能够刺激学生创新意识的产生。在学习“物质跨膜运输的方式”这部分知识时，教师也可以在课程结束时为大家构建一个概念模型，让学生能够根据模型举出跨膜运输方式的实例，从而有效提升其对该知识点的理解和掌握。

（三）数学模型建构

数学模型的应用数量不多，因其主要是利用数学语言说明生物间的逻辑关系，也就是应用简单的数学符号或者一些公式来对生物知识的相关规律展开分析和梳理。这与学生主要的直观思维间有着一定的差别，因此建立此种抽象关系难度较大，但并非不可实现，往往通过使用柱状图、函数曲线等能打破知识间的壁垒，使得学生可借助数学思维处理生物问题。教师可以利用数学模型带领学生发现生物现象的本质特征，使其能够逐渐在脑海中形成完整的知识框架。具体的建构过程如下：先确定好研究的对象，提出探究的主题，针对现有的知识和理论提出假设，假定其符合哪种数学模型，而后利用生物实验探究的形式说明所选定的数学模型的可信程度和匹配度，从而继续完善数学模型的相关内容。

以“被子植物的一生”这一单元为例，在学习完这一部分的知识后，教师可设计实践探究活动，依据对被子植物的认识在生活中选定一种合适的植物，就其在不同发育时期的需水量生成数学模型。这一模型的构建相对较为简单，主要是锻炼学生查阅资料和分析数据的能力。经过资料查阅的过程，学生一般以小麦、西瓜等较为常见的材料作为研究对象，下文以小麦为例简要说明。结合大量资料，发现小麦的发育时期可分为返青期、拔节期、抽穗期和灌浆期，分别持续29天、23天、20天、31天，所需的水量分别为635、876、956、1192（单位：立方米/公顷）。结合这些数据，可利用柱状图将发育时期作为横轴，需水量作为纵轴，直观说明小麦在不同发育时期需水量的差异。有的学生利用折线图展示，此时教师可提问：连接不同时期时所出现的上升或者下降趋势代表什么？此时学生发现，利用折线图所体现的数量变化情况并不具备相应的规律，所以利用折线图不能准确说明生物发育与需水量之间的关系。或者，以“生命活动的主要承担者”这一课为例，该课需要学生掌握氨基酸的结构特点以及氨基酸形成蛋白质的过程，需要了解蛋白质的结构和功能。为了帮助学生更好地理解和掌握，教师就可以通过构建数学模型帮助学生进行理解，引导学生通过动手实践的过程掌握知识原理。

综上所述，初中生物教学中教师要重点培养学生应用知识的能力，通过引入物理、数学和概念模型，建立起不同理论、生物结构、变化特性等之间的关系，从而达到引导学生深度学习的效果。