核心素养下高中生物教学中物理模型构建的研究

岳敏娟

摘 要：本文主要以高中生物教学作为切入点，对物理模型的概念以及种类进行了简要叙述，细致分析了高中生物核心素养，对高中生物课堂教学中物理模型建立的重要性及其原则进行了说明，最后从多个角度深层次剖析了核心素养下高中生物教学中物理模型构建的策略。以期通过本文的论述，使得学生可以在实际开展高中生物知识学习的过程当中，通过物理模型的建立，更加直接并且具体地掌握生物知识，从而促使他们在对课程重难点内容进行了解的同时，减少生物知识学习的困难，对生物学基本概念加以了解，实现自身核心素养的提高。

关键词：   核心素养；高中生物；物理模型；模型构建；教学运用

在当前新课程变革的环境下，核心素养成为所有课程教师更加重视的方面。在新课程标准中，需要教师在课程中培养学生的核心素养，以发挥出课程的教育意义，促进学生的整体素养得到提高。同时，也会要求学生具备相应的生物学问题研究能力，其中包含实验调查、建立模型等科学探究方法。而对模型的构建来说，属于高中生物新课标教学中的难点，也是高中生物教学的重点。随着当前素质教育的不断推进，有很多高中生物教师会注重在对教学质效进行提高的过程中，实现学生核心素养的发展。物理模型属于一种新型教学手段，可以将生物学中的抽象知识转变得更为直观。因此，教师在实际开展生物教学的过程中，需要以核心素养为基准，结合实际教学内容进行物理模型的构建，从而激发他们的物理学习积极性，增强他们对知识点的掌握，达到学生课堂学习效果的提高，使得学生可以梳理知识体系，得到综合能力的提升。

一、物理模型概述

（一）概念

对物理模型来说，主要是以图像或是实物的方式，对认识对象基本特征加以形象表示的一个模型。通常，物理建模能够对较为宏大或是细小实体的三维构造进行描述，能够助力于学习者更加直接并且形象地对微观知识或者三维构造进行了解。它最突出的特点就在于先对很难直接看到的特征加以简化，并使之对其特点加以掌握。然后，再把特点以物理模拟的方式加以直观化和形象化[1]。

（二）种类

从结构特性角度来分类，物理模型中不但会包括以真核细胞的三维结构模型为代表的静止结构模型，还包括以减数分裂中的染色体变化模型为代表的动态过程模型。

二、高中生物核心素养

就高中生物学习而言，属于自然科学课程当中的核心，最重要的就是对生命科学基础知识点加以精要的介绍，以对自然科学核心进行体现。而核心素养的概念比较宽泛，在学习之中，核心素养主要就是让学生学习到知识、能力以及态度。通过将核心素养与高中生物教学进行紧密结合，可以实现学生对生物学概念理解程度的提升。也正是由于生物学属于一种自然学科，具有研究的意义，所以学生需要把所掌握的生物理论知识应用于科学研究方面。而要有深入研究，就要求他们具有逻辑思维水平。所以，这一能力的发展就需要提高他们的素质。学生在对生物知识进行学习的过程中，需要不断探究。唯有通过探究，才会获得核心素养的发展。

对生物核心素养来说，属于生物课程学习中发展的产物，在对实际问题进行解决时，会彰显出价值观念以及关键的能力，属于学生综合能力的体现。一般情况下，生物学科核心素养会体现为四种能力。一是生命观念。在这一核心素养之中，重点就是要求学生在对生物学概念加以理解的同时，获得生命观念，可以切实认识到生物的多样性、复杂性，进而以此为基准，对生命活动的基本规律加以探索，同时进行对具体问题的处理研究。二是科学思维。这一基础素养重点在于使学生用科学的观念对事物加以理解，同时运用科学思维处理具体事物。在实际教学的环境当中，学生需要注意拓展自己的生物学视野，对生命现象的基本规律做出深入研究，从而对生物学的基本问题进行反思。三是科学探究。在这一核心素养之中，主要就是要求学生在实际探究的过程当中，能够调动他们对自然科学问题的求知渴望，学会初步的自然科学探索方法，完成自我探索水平的提高。同时，也需要在科学探究中，积极与同伴合作，实现创新。四是社会责任。这一核心素养会要求学生以造福人类的价值观念，灵活运用生物知识，对社会议题加以关注，并且进行理性的解释。并且，也需要学生积极主动宣传关爱生命的相关知识，以此实现健康中国的实践者。

三、高中生物教学中物理模型构建的必要性

在高中生物教学中，会注重让学生深层次理解生物的核心概念。不仅仅需要对概念的基本内涵加以掌握，也需要对概念的产生以及发展加以明确，更能够灵活运用概念对生物学现象加以判断。物理模型也會比较关注让学生形象掌握对象的特征。在高中生物教材中，有很多物理模型的构建都会比较常见，其中包括细胞器结构、植物细胞结构等。这些知识也正是由于无法用肉眼观察，也无法依靠想象了解。因此，物理模型就会发挥出其直观以及形象的优势。在对细胞结构进行学习的过程当中，不仅仅可以构建平面模型，也可以构建三维模型。这样不仅会帮助学生明确细胞内部的结构，也会帮助学生了解其整体形态。在具体开展教学中，教师若能够组织学生建构物理模型，会实现学生思维的发散，将学生的知识理解程度进行提升，发展学生的探究能力以及综合素养。而且也会实现学生学习兴趣的充分调动，以此使得学生形成科学价值观念[2]。与此同时，在高中生物教学的过程中，通过引导学生对物理模型进行构建，也会助力学生在模型构建的同时，努力对问题进行思考，实现学生创新精神的培养。

四、高中生物教学中物理模型构建的原则

在高中生物教学中，要想发挥出物理模型的价值，教师需要遵循科学性的原则。对科学性原则来说，主要是指教师在实际开展教学过程中，结合教学内容，更为科学地进行物理模型构建计划的安排。教师需要注重以科学的教学理念作为教学核心，以此使得物理模型构建效果得到进一步提升。实际上，生物这门学科具有比较强的科学性以及客观性特点。通过运用物理模型开展生物教学，重在让学生以更为直观的方式对生物原型加以掌握。尽管说在对物理模型进行构建的过程中，学生会占据主体地位，但是因为能力方面存在不足，进而导致模型存在相应的缺陷。不过，也需要结合实验的事实以及科学知识，对生物原型特点进行更为客观的反映，以此为学生后期的学习奠定坚实基础。同时，在构建物理模型时，也需要注重遵循环保性的原则。教师在组织学生对物理模型进行构建的过程当中，需要保证所选择的材料更为环保，并且可回收。在对物理模型应用价值进行充分发挥的同时，实现学生环保意识的增强，进而发挥出教育的价值。此外，教师也需要在高中生物教学的过程中，以主体性原则引导学生对物理模型进行构建。首先，教师需要认识到，学生是物理模型构建的主体。事实上，在高中生物教学中，教师与学生属于两个群体，都会占据较为关键的地位。因此，教师在引导学生对物理模型进行构建的过程中，也就需要注重打造双主体的教学形式，加强与学生的互动。其次，教师需要注重让学生成为学习主体。在模型构建中，如果学生能够积极参与到思考以及学习中，才会对物理模型中蕴含的生物知识加以掌握。因此，教师也就需要加强与学生互动，有效进行物理模型构建，提高教学成效。

五、核心素养下高中生物教学中物理模型构建的策略

（一）突破学习的难点

在高中生物的教学中，不仅包含理论知识，也包含生物实验。而对这些内容来说，均会以生物学概念为基础。因此，对学生来说，在对生物知识进行学习的过程中，需要对生物学概念进行掌握。不过，由于学生很难对这一抽象知识加以理解，进而影响到学生的记忆。因此，在核心素养的背景下，教师需要注重探索有效教学方法，帮助学生突破学习难点，同时促进学生核心素养的发展。那么，教师要在教学中发挥出物理模型的价值，以物理模型的构建，实现学生知识理解能力的提升，发展学生的生物素养。

例如：在教学人教版（2019）生物必修1《细胞的基本结构》一章节的知识时，要想帮助学生更好地对相关知识进行学习，教师可以引导学生通过对物理模型进行构建，制作动植物细胞模式图，并且以动植物细胞模式图，对本章节的知识加以理解，以此使得学生可以全面掌握动植物细胞的相关知识。而且，通过构建这样的物理模型，使得学生在学习中不断进行相关知识的探究，以此在提升学生学习效率的同时，更为清晰地理解重难点知识，促进科学探究核心素养的发展[3]。

（二）激发学生的兴趣

对高中生物知识来说，通常教师会注重让学生背诵以及记忆。那么，也就会在一定程度上影响到学生学习效率的提高。而要想在核心素养的背景下解决这一问题，教师需要通过构建生物教学中的物理模型，全面调动学生对生物知识掌握的积极性，培育他们的科学思维和科学探究核心素质，提高学习效率。

例如：在人教版（2019）生物必修1《细胞的基本结构》一章节的知识中，教师不仅可以让学生对动植物细胞模式图进行制作，也可以选择为学生展示细胞的构建模型，使得学生对细胞基本结构具有更为直观的理解，进而实现学生学习兴趣的充分调动。同时，教师也可以选择让学生运用课下的时间，运用环保材料，对细胞三维模型进行制作。如此不仅会让学生亲自动手操作，也会将抽象知识转化为实际，让学生在操作的同时展开探究，在探究的同时不断思考，发散自身思维，实现学生知识理解程度的加深，调动学生生物学习的积极性。由此可见，物理模型的构建不仅能够提高学生生物知识学习兴趣，也会实现学生核心素养的发展。

（三）教学与模型结合

以往所运用的教学模式很难满足生物教学的需求。由于生物学知识与其他学科具有紧密的联系，因此，在实际教学中，教师需要注重结合实际教学，以物理模型的构建，对生物学现象加以描述。对物理模型来说，可以对各种生物学概念进行直观的呈现，将抽象问题变得更为具体，实现学生解答问题能力的提升。因此，在核心素养的背景下，教师需要注重实现教学与物理模型的结合，通过物理模型的构建，实现学生综合能力的提升，发展学生核心素养[4]。

例如：人教版（2019）生物必修2《遗传与进化》第三章基因的本质 第二节（DNA分子的结构）一课中，要想让学生对DNA双螺旋分子结构加以掌握，在实际开展教学的过程当中，教师就可以引导学生自主进行小组的划分，进行DNA双螺旋的物理模型构建。通过完成物理模型的构建，学生也就会基本掌握DNA的分子结构。同时，学生在探究DNA分子结构，构建物理模型的过程当中，也会实现自身科学思维的培养。通过运用这样的教学形式，也会发挥出物理模型的教育价值，完成发展学生核心素养的生物教学目标。

（四）角色扮演教学

与初中学生相比较，高中阶段的学生更愿意表现自己，喜欢在比较宽松以及活泼的氛围中学习，进而发挥出其自主性以及独立性。因此，在实际开展高中生物教学的过程中，教师就可以结合学生的特点，对角色扮演的教学模式加以运用，实现物理模型的构建，发展学生的核心素养。在这一过程中，教师需要发挥出导演的角色，使得学生在一定情境下完成教学目标。而对这样的教学策略来说，需要具备三个要素，分别为目的、情境以及角色。在实际开展教学的过程中，教师需要注重找到教学知识与学生的切合点[5]。

例如：在人教版（2019）生物必修1《蛋白质是生命活動的主要承担者》一课中，会涉及对氨基酸脱水缩合的学习。也正是因为这一生理过程会涉及有机化学方面的知识，高一学生没有学习到。因此，教师就可以运用角色扮演的方法。以氨基酸分子的结构、脱水缩合过程等知识，让学生对相关的实物物理模型进行构建。在实际进行模型构建的过程当中，教师要求学生将二臂朝着人体两侧伸展，与人体垂直，将二脚合紧，从而进行氨基酸分子结构物理模型的建立。学生通过扮演成氨基酸分子，会更为灵活地对知识进行学习，加深印象。以此为基准，教师可以组织其他学生对氨基酸进行扮演，以拉手的形式，使氨基酸氨基和氨基酸羧基之间形成双肽键，从而进行脱去分子水的反应。通过不同拉手方式以增强他们对蛋白质组成多样性的认识。在这一教学中，会进一步增强学生探究的主动性，发展学生科学探究素养，发挥出物理模型的建构价值。通过开展这样的教学，不仅会发展学生的核心素养，也会提高学生的物理模型构建能力，使得学生对更多难以理解的知识进行学习。

（五）创设问题化情境

对问题化情境来说，主要是指教师在具体进行课堂教学的活动当中，针对性地对具体教学场景问题加以设计，并以问题对教学内容加以总结，以此进行物理模型的建构，培养学生的建构观念以及建构意识。教师在具体进行课堂教学中，需要强调以基本知识为导向，根据学生的认知规律，要求他们能够通过探究对各种难题做出回答，从疑问中得到回答，达到学生综合素质的有效提高[6]。

例如：在人教版（2019）生物必修1《细胞的物质输入与输出》一章的知识中，教师就可以与学生结合生物膜流动镶嵌模型，对物理模型进行建构。在实际开展教学的过程当中，教师需要以科学家的实际探索为基准，让学生经历探究的过程。教师需要为学生介绍生物膜流动镶嵌模型的事实资料，并且创设教学情境。假如有时光机，将我们送往19世纪，那么我们会从哪些方面进行细胞膜的研究呢？之后，通过层层递进设置问题，使得学生构建不同生物膜模型。在教师的引导下，学生也就会经历分析、推理、假设以及判断的过程，成功构造出物理模型。同时，学生通过完成物理模型的构造，能够明白对物理建模研究需要具备相应的理论基础，从而真正感受到了利用物理建模解释现实问题所产生的好处，进一步增强科学探索意识。

（六）强化小组间合作

对小组之间的合作来说，会注重发挥出学生的主体性，教师为主导。从课程的结构角度来研究，教师主要是让学生通过分组的方式对基础生物理论知识展开教学，并利用教师和学生之间以及学生彼此间的交流，进行基本物理模型的搭建，并共同对设计的教学目标进行实现。因此，教师在实际开展教学的过程当中，也就需要结合核心素养的培养目标，以小组合作的形式进行物理模型的构建，以此使得学生在轻松学习生物知识的同时，得到核心素养的提升。

例如：在人教版（2019）生物必修1《细胞的增殖》一课中，会对有丝分裂进行学习。也正是由于这一知识与生物技术具有十分紧密的联系，因此教师也就需要以有丝分裂的过程作为切入点，以小组合作的形式，展开物理模型的构建。在实际开展小组合作之前，教师需要注重对学生精讲染色质复制以及着丝点分类的知识，以此扫清小组合作学习中的障碍。针对学生自己可以解决的问题，教师需要注重让学生自主探索，发散自身思维，通过实践对不同物理模型进行构建。之后，引导学生以小组的形式进行评价，以此实现知识的二次提取，对容易存在错误的地方加以明确，实现思维的碰撞，对自身存在错误进行改正，发挥出物理模型构建的价值，培养学生的核心素养。

（七）知識体系的建立

生物知识会彰显出较强的抽象性特点，通过对物理模型进行构建，可以将抽象知识直观展现在学生眼前，对生物知识原型本质加以体会。在物理模型之中，通过将相关概念、文字以图画等形式进行串联，也就可以形成流程图，使得学生归纳知识，建立生物知识体系。而在核心素养的背景下，教师也就需要注重在利用物理模型的过程当中，培养学生的核心素养，使得学生可以深度对知识进行学习，了解生物学的本质，提高学习的质效。

例如：人教版（2019）生物必修2《遗传与进化》第三章基因的本质 第二节（DNA分子的结构）一课中，会要求学生掌握DNA双螺旋结构。要想帮助学生加深对本节课知识的理解，教师不仅仅可以通过物理模型的构建，实现教学与模型的结合，也可以通过模型建立知识体系。在实际进行物理模型构建的过程当中，学生会基本对DNA双螺旋结构加以掌握，并且也会对DNA双螺旋结构的作用加以掌握，使得学生更为全面地对生物学概念加以认知。通过开展这样的教学，会使得学生加深对相关知识的理解，并且也会对人生命活动的奥秘加以了解。这样不仅会对学生的思维进行开发，也会帮助学生了解到人生命的不容易，做到珍惜生命，培养学生的生命观念以及社会责任感。同时，也会让学生理性思考，在科学探究之中，得到生物核心素养的有效培养。

结束语

总而言之，在核心素养的背景之下，高中生物教学的物理模型构建不仅可以加深学生对知识的理解程度，也会在教学中彰显出良好的应用效果。因此，教师在实际开展教学的过程当中，需要注重灵活进行物理模型的构建，科学开展教学工作。在新时代的教育背景下，通过以物理模型突破学习的难点、激发学生的兴趣，实现教学与物理模型的紧密结合，开展角色扮演教学、创设问题化情境、加强小组之间的合作学习，助力学生对知识体系进行建立，以培育学生的核心素质，促进其整体素养的提高，推进课程的革新，有助于学生形成更加优秀的生物学习行为，以推动学生的长期科学发展。

参考文献

[1]范晓斌.高中生物模型建构策略探析[J].学周刊，2022（9）：136-137.

[2]陆多全.基于核心素养下高中生物模型构建教学策略：以动物激素调节为例[J].中学课程辅导（教师通讯），2021（7）：87-88.

[3]魏雪莲.核心素养下模型构建在高中生物教学中的尝试运用：以减数分裂和有丝分裂的模块复习为例[J].新课程，2020（46）：29.

[4]赖克武.核心素养下模型构建在高中生物教学中的应用效果分析[J].试题与研究，2019（22）：131.

[5]张海侠.核心素养下模型构建在高中生物教学中的应用效果分析[J].试题与研究，2019（6）：38.

[6]辛华.核心素养下模型构建在高中生物教学中的应用效果分析[J].教师，2018（11）：22-23.

本文系福建省泉州市石狮市基础教育课程教学研究课题“核心素养下物理模型构建在高中生物教学中的应用研究”（课题编号：SCG21-29）研究成果之一。