模型与建模在生物教学中的应用

朱颖

【摘  要】在新课改背景下，要求高中阶段教学活动不仅要传授更丰富的学科理论，更要指引学生灵活掌握学习的方法和技巧。从一定程度上来说，在高中阶段的生物教学中，对学生生命观念、科学思维、探究意识和社会责任的培养是必不可少的，也是教学工作的终极目标和追求。在这样的大环境之中，必须依靠对学生思维的培养来建立教学基础，这也就决定了加强对学生科学思维的培养在生物教学中发挥了重要作用，而随着模型和构建这种科学思维的不断研究，更在考虑人才培养需求的基础上提出了SNP教学理念，旨在帮助学生更好地在有限的时间内完成深层次的探究学习，在师生的共同努力下构建更加系统完整的学科教学体系。基于此，本文就从加强模型与建模教学的意义、高中生物课堂上开展模型与建模SNP教学实踐的举措两个层面展开论述。

【关键词】高中生物；建模能力；思维培养；SNP教学

在高中阶段的教学活动中，仅仅依靠课堂上的知识讲解是无法满足学生长远发展的需求的，还需要通过对学生学科思维的培养帮助其找到更多学习的方法和技巧，指引学生有的放矢地完成现阶段的学习任务。生物模型从一定层面来说是完成实物仿制的一个过程，它能够借助更加直观、形象的方式表现出生命体活动的整个过程，使得生物学概念更加清晰地在学生脑海中留下印象。在当前的高中生物教学活动中，帮助学生对建模学习产生深刻的认知，能够使得学习过程化繁为简、化难为易，更好地阐明各个知识点及生物概念之间的内在联系。而SNP在建模教学中又被称为科学协商教学法，能够完成科学建模和科学论证的整合，指引师生群体根据大概念的本质完成问题的探究，运用已有的知识完成模型的构建，方便学生快速、直观地理解更多生物学现象和原理，带给学生更深刻的学习感受和体验。结合这种教学模式能够帮助学生更好地理解生物学习的本质和内涵，强化大学生科学思维的培养，推动学科教学质量的提高，确保高中生物教学获得持续健康的发展。

一、模型与建模教学在高中生物教学中的意义

（一）能有效促进学生认知水平的发展

在皮亚杰的认知理论中认为学习的过程是建立图式的过程，这能够帮助学生在脑海中对知识完成有机的整合，自主完成学习模型的构建，指引学生快速认识新事物，把握新事物发展的规律和本质。在生物课程的学习中，建模的过程就是完成图式建立的过程，更好地切合了皮亚杰的认知理论，能够更好地顺应学生的认知水平，指引其在相应的图式中不断获取学科知识，找到学习的正确切入口，理清学习的目标和方向，还能促进学生认知结构的完善。在高中生物课堂上指引学生对模型和建模产生更深刻的认知能够使学生完成从系统学习向抽象学习的过渡，实现对抽象假设或命题的逻辑转换，帮助学生在更加活跃的思维中加快对知识的理解和记忆，灵活把握课程学习的中难点，明确学习的目标和方向，在学生具备深入发展的认知条件之下也为教学工作的顺利开展奠定了坚实基础。

（二）有助于学科综合能力的培养

在高中阶段的学习活动中，学生不仅要灵活掌握学科知识，更重要的是具备自主学习的能力，模型和建模教学有助于推动学生科学素养的提高，这是因为模型的建立本就是一个科学探究的过程。在这个过程中，可以充分发挥学生主观能动性的学习，又能引导学生自主收集更多与生物科学相关的素材，带领及置身于探索科学现象，发现科学规律的学习活动中，帮助其更深刻地认识到模型建立的本质就是从模型背后找出其中蕴含的科学规律和哲理，确保自身在不断的建模实践中树立科学严谨，诚实的学习态度，这不仅有利于对学生学科素养的培育，也是学生人文素养提升的重要途径，更在一定程度上促进了学生综合素质的稳步发展，激活了学生对生物课程学习的兴趣和热情，为教学工作的长远发展提供了正确的发展路径。

（三）有利于快速消化重难点知识

在高中阶段学习活动中，由于学生面临着重要的学习转折期，这一时期的学习内容也会变得更加复杂，难度也在原有的基础上得到了相应的提升。在生物课程的教学工作中，通过对学生模型意识和建模能力的培养能够使复杂的问题简单化，使抽象的事物形象化，帮助学生快速抓住事物的本质特征和生命的内在规律。而且在建模的过程中，学生还能快速明确学习的重难点，找准学习的突破口，并在自主学习和合作探究中掌握更丰富的学科理论，使得自身的学习思维和学习方法得到锻炼，最终取得良好的学习效果，促进学生学科成绩的稳步提升。

二、高中生物课堂上开展模型与建模SNP教学实践策略

（一）培养建模意识，提高问题解决能力

在高中阶段生物课程的学习中，由于一些知识相对比较晦涩难懂，仅仅依靠口头讲解很难帮助学生准确理解，并在脑海中留下深刻印象，为了解决现有的教学弊端，教师要在课堂上着重培养学生的建模意识，引导其运用熟练的模型去完成各类知识点的学习，或是根据题目中提供的条件主动完成模型的构建，进而帮助学生树立自主提出问题、分析问题、解决问题的意识，确保学生在现阶段的学习活动中对生物课程产生更深刻的认知，奠定坚实的学习基础。例如，在开展高中生物《光合作用的原理和应用》一课的教学活动时，为了帮助学生在这节课的学习中深入思考“二氧化碳从一个叶肉细胞的线粒体基质中扩散出来进入同一个叶肉细胞的叶绿体中共穿过几层膜”这一问题，教师可以引导学生借助模型构建的方法来进行全方位的分析，并留出足够的时间引导学生在课堂上完成模型图的绘制。具体来说，针对这个问题的建模方法，首先要明确模型构建中的主要因素，剔除一些非必要的因素，明确一个植物细胞线粒体和叶绿体是模型构建的主要构成因素，接下来，再将提取到的因素进行分析和综合，不同的生物膜用不同粗细的线条进行表示，最后研究各个因素之间的关系，并在此基础上完成模型的绘制，建立出模型主要包含并直观展示同一个细胞中的线粒体和叶绿体。学生在树立建模意识的过程中就能根据自己的知识基础完成建模方案的制定，并从模型中得出二氧化碳需要穿过四层膜，这样一来学生通过对问题的理解，就能构建更加完整的模型，并得出准确的答案，最终使得学生完成知识体系的构建，在建模流程的思考中理清学习思路，坚定学习的目标和方向，使得学生能够充分发挥主观能动性的优势完成现阶段的学习任务，最终顺利打开生物课程学习的大门。

（二）自主构建模型，提高实践操作能力

在以往的高中生物教学中，大多数教师只注重为学生传授相关的概念、原理和定义，忽略了对学生动手操作能力的培养，难以给予学生强烈的视觉冲击，阻碍了学生综合能力的提升。为了有效改变教学现状，教师要在把握生物课程特点的基础上改变教学模式，留出足够的时间引导学生完成生物模型的构建，倡导以小组合作的方式完成探究学习，把握建模学习的本质，在这个过程中推动学生实践能力的提升，确保教学工作达到培育学生核心素养的目标。例如，在开展高中生物《细胞的基本结构》一课的教學工作时，大多数教师在开展这节课程知识点的讲解时往往只能用图片、动画等形式完成展示，学生很难在这种教学模式的支撑下获取更直观的认知，也无法深入获取各类考点。在这种单一的教学方法影响之下，学生只能大致地对细胞壁、细胞膜、细胞质产生表面的理解，很难对其产生的原因、基本的特点有深刻的理解。在课堂上，教师要准确完成教学时间的划分，首先留出足够的时间为学生讲解这节课程中涉及到的理论知识，帮助其对细胞的基本结构产生大致的了解，使得广大学生群体能够集中注意力听讲，对这节课程的内容产生深刻记忆，为后续建模学习打下坚实基础。在这之后，教师要引导学生根据自己的知识基础、认知水平、学习能力、创新意识完成学习小组的划分，使得一些能力相对比较强的学生带领一些积极性低的学生完成探究学习，在建模的过程中完成学习思维的碰撞。而且，教师还要引导学生根据日常生活中常见的物体完成模型搭建，以小组为单位完成学习成果的展现，更好地评析学生的学习表现，并及时指出学生在学习活动中存在的不足，引导其快速改正，找到适合自己的学习方法。借助一些常见的橡皮泥，就可以让细胞的结构、细胞器的结构更直观地呈现出来，还可以指导学生主动构建立体化的模型，对知识点形成全方位的记忆。在主动构建模型的过程中，就能使得学生有更多机会和平台完成学科知识体系的构建，在建模活动中考查学生对理论知识的掌握情况，指引学生养成自主反思的好习惯，最大程度挖掘学生的动手潜能，推动高中生物教学获得长远的发展。

（三）拓展建模平台，培养学生创新能力

建模实际上就是完成模型的构造，但是相对来说，这项学习活动在各门学科中的难度都相对比较大，也是容易培养学生创新能力的活动之一，在建模的过程中，能够完成对学生想象力、创造力的培养，使得其具备更广泛的思维空间，更加直观地反映学生的综合素质和创新能力，满足学生多元化的学习需求。而且，教师还要指引学生完成从课内学习到课外学习的拓展延伸，自主完成学习资料的收集，并且以线下实践或网络建模的方式完成深层次的探究，总结更丰富的学习经验，推动学生综合素质的稳步提升。例如，在开展高中生物《种群的特征》一课的教学活动时，在建模工作开展的过程中，教师要为学生创设相关的生活情境，引导学生围绕日常生活中的问题展开深层次的思考，根据建模内容完成问题情境的创设，在这个环节，适当地为学生安排相应的辩论及讨论交流活动，更好地激发学生的创造性思维，为学生完成动手操作提供重要的机会和平台。之后要引导学生根据种群的特点和种群发展的规律性条件完成模型的搭建，在这个过程中，帮助学生更好地理解生物圈的本质和内涵，引导学生灵活运用课堂所学解释生活现象，解决生活问题。这样一来就能更好地在建模活动中使得学生完成自主探索，强化对其求异思维的培养，推动高中生物教学获得深层次的发展。

总而言之，在当前的高中生物教学中，传统的教学模式已经无法满足学生长远发展的需求，加快教学模式的改革已成为了广大教育工作者的共同追求。在这样的大环境之中，教育工作者要树立与时俱进的意识，加强对生物课程特点的研究，在把握学生身心发展规律的基础上注重对学生综合能力的培养。为此，教师就要在现有的教学活动中，有计划、有目的、有意识地强化对学生建模意识和建模能力的培养，在长远的教学工作中组织学生完成建模的SNP实践任务，使得学生能够在这其中提高自身的动手操作能力和创造，为培养创新型及复合型人才提供重要的舞台。

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