高中生物教学中模型建构的价值与实践探究

梁慧

摘 要：为充分调动高中生学习生物的积极性，教师需要加强对模型建构教学方式的有效应用，其中生物模型能够从概念建模、物理建模、数学建模等方面完成知识内容的构建。通过生物模型的有效建构，有利于从多维度对高中生开展教学指导，对高中生学习兴趣的激发和学习效率的提高也有极大帮助。基于此，文章对有效开展高中生物教学中模型建构的价值与实践策略做进一步探究分析。

关键词：高中生物教学；模型建构；价值；实践

高中生物作为一门自然类学科，建立模型作为其中一种有效的教学探究方法，借助生物模型的建构，可以推动高中生的认知发展，助力高中生有效掌握和应用生物学习的工具，确保高中生能够沉浸在解决生物问题的教学活动之中。在实际教学中，教师应该有效引导高中生在建立模型的过程中，对生物学科知识进行系统化掌握，以此来形成建构生物模型的能力。通过教学实践不难发现，模型建构是一种较为高效的教学方法和教学手段，有助于快速提升高中生的学习能力、学习态度，促进情感培养和知识掌握。在大幅地提升学习便捷度的前提下，更有助于学习效率和教学效率的全面提高，具备较为优良的发展前景和教学价值。

一、高中生物教学中模型建构的价值

（一）有助于学生自主学习能力和思维能力的培养

在开展高中生物教学的过程中运用模型建构，能促进学生学习生物能力的有效发展，让其更好地对生物学科的基础内容与体系里的要点进行理解与突破，对高中生生物知识体系的构建有着非常积极的作用。在学习时，高中生若想更好地建立生物概念和其相互间的联系并充分理解，只是依靠自身的记忆是很难实现的，因此，想要有效地进行建构就离不开具体模型的帮助。如若高中生可以清楚地认知全部的模型，那基础知识的学习对其而言就是非常简单的。不但能使其对教材内容有充分的理解，还能充分提高认知水平，让高中生在进行问题的考虑时学会使用抽象逻辑思维，使其对问题的思考不至于太过片面简单，从而有效提升其独立思考的能力。

（二）有助于学生有效掌握生物学习的工具

学生借助模型建构这种工具的帮助，还能进行新规律或新概念的迁移学习。生物模型能够从生物知识的演绎中获得，又可以反过来学习新的生物学科知识。若学生对建构生物模型的方法能够有基本的掌握，同时在实际学习生物知识时可以生成模型并进行运用，那说明对于这种较好的学习工具学生已经能够基本掌握。掌握了这种工具，学生在学习生物概念及运用生物规律时就可以做到融会贯通，遇到类似的问题时也能依靠自己解决，建立完备的知识系统，使学生的科学素养得到显著提升。

（三）有助于学生科学探究能力提升

在建构模型时，学生要简化原型，把原型与模型的重要特征有效进行联系。例如，在进行概念模型的建构时，学生可进行有关概念与知识的联想，可以通过一些内在关系进行联系，由中心出发，向着其他方向发散，或是综合一些概念、知识、属性等，这就离不开思维的系统性与灵活性。这种模型建构方式的教学使高中生获取知识的有效途径发生了转变，使思维品质得以有效提升，对于培养学生的创新思维是非常有利的。此外，学生在进行自主建构时，对于建构模型在实际学习中的意义有着深刻的体验，通过模型建构进行良好知识体系的建立，并且从中学会怎样运用模型建构去对问题进行研究、解决，使其运模、建模能力得到充分提升，尤为重要的是使其科学探究能力与生物学素养得到显著提高[1]。

二、高中生物教學中模型建构的有效策略

（一）建构生物概念模型，提升学生的知识体系构建能力

1.建构生物文字性概念模型

高中生物很多知识的抽象性与概念性都是比较强的，对抽象思维能力还较为薄弱的部分高中生而言，想要清楚理解并掌握知识是较为困难的。而概念模型就可以很好地解决这些问题，概念模型也叫作抽象模型，是利用文字的方式来概括某种事物的本质，然后运用大量学生认识的对象开展形象、具体的分析，并通过模型的建构将与生物学有关的重要外延知识、关键内涵、核心概念等进行抽象描述，对本质特征进行揭示，并且进行分类与总结，再使用箭头、线条、文字等对部分特征或各种特征间的联系进行概述与表达。它不但是生物教学构建生物模型的一种主要途径，也跟学生实际的认知发展与学情相契合。概念模型通常都是以概念图的方式来呈现，通过图示与文字帮学生更好地分析事物的本质，促使其掌握能使用抽象的方法对生命变化现象与生物概念进行描述的能力。此外，还可以用命题的形式深刻体现概念间的联系和意义，有效进行概念模型构建，帮助学生对生物概念的相关性有更深刻的理解和掌握，让学生更为完善地进行生物学知识体系的构建，促使其理解与运用生物概念知识的能力得以显著提升。尤其是对于那些繁杂、抽象的生物学知识概念，都可以通过这种直观的方式来呈现，使学生学习生物的效果得到显著提升[2]。

例如，在讲解高中生物选择性必修1《植物生命活动的调节》中有关“植物生长素”的相关概念时，教师就可以利用多媒体将植物生长素的相关教学视频资料播放给学生看，如达尔文的实验、鲍森·詹森的实验、拜尔的实验、温特的实验等内容，通过生动形象的视频演示引导学生有效总结生长素的发现过程、产生过程、实际分布、运输方式、生理作用、实际应用等，掌握植物激素的相关内容，最后进行生物系统概念模型的有效构建。相比于传统的灌输式概念讲解，这种生物概念模型的构建教学法，更有助于高中生对各概念知识点间存在的关联性，更系统、更加直观形象地演绎推理、归纳概括出来，以便高中生能够有效地进行知识内容的内化和吸收[3]。

2.建构生物过程型概念模型

对高中生物教学来说，很多知识和阐述能量流动机理、探究生物活动规律等有着一定的联系。这部分内容涉及生物数量或能量的动态变化，使学生对于其内蕴含的生物原理没办法深入进行理解。为此，教师就可进行过程模型的建构来辅助教学活动的开展。利用流程图的方式，直观地把生物现象机理、生命活动规律向学生展示，助其更好地理解生物现象的动态过程，并对生物的内在规律有更好的把握。

例如，在进行高中生物选择性必修2《生物系统的能量流动》一课的教学时，生物教师就可以利用问题提出的方式，帮学生有效梳理生态系统能量流动规律的相关知识，其中第一营养级的能量输入，一部分是生产者在呼吸作用下通过热能的方式散失掉的，另外一部分能量应用于生产者的繁殖、发育、生长等生命活动，在植物体的有机物里存储。植物体内有机物里的能量构成，部分伴随着被分解者枯枝败叶等被释放分解出来，另外一部分是让初级消费者摄入到身体里，如此能量就完成了向第二营养级的流入。流入到第二营养级中的能量，一部分是伴随着初级消费者的呼吸，以热能的方式散失掉，另外一部分是在初级消费者的繁殖、发育、生长等活动中发挥作用，其中一部分以残骸遗体的方式让分解者使用。假如次级消费者捕食初级消费者，能量就实现了向第三营养级的流入。第三营养级、第四营养级能量的变化，大体上类似于第二营养级。借助这种生物过程型概念模型的建构，就能把能量流动的示意图直观地展示出来，使得学生的学习效率得到显著提升，并对于生态系统中能量流动的方向、方式更好地进行理解。

（二）建构物理模型，优化学生的学科思维习惯

在高中生物建构的这些模型中，物理模型是和原型最为接近的，有着非常广泛的应用。教师指导学生进行物理模型的构建，对学生洞察本质能力的培养是十分有利的，还能深化对知识的理解。物理模型是通过图画或实物的方式将目标的特征、结构功能以及生理过程进行再现的一种模型。物理模型可以把抽象、微观的内容形象化、具体化，能帮学生更好地理解三维结构、微观知识，将很难直接进行观察的过程或结构简单化，把握主要特征。学生通过对物理模型进行建构，不但能使其对抽象过程、微观结构的认知困难程度有效降低，还能对模型建构方法的领域、建构模型的思维过程有更好的体验，并使高中生的发散思维得到培养。可以说，物理模型建构是研究生物学的一种重要方法，能使学生的科学思维习惯得到充分优化，指引学生从实践方面探讨生活中的问题，使其对知识的理解与记忆更加深刻，从而提升探究能力与动手能力。在实际教学过程中，教师可以把某样结构或事物按照一定的比例进行缩小或放大，对原型的功能、特点以及性质进行模拟，使得事物的特征能反映得更形象、更直观。

对生命过程的物理模型进行模拟可分成两种：其一是模式图、实物等，如动植物细胞模式图、DNA双螺旋结构模型、细胞膜的流动镶嵌模型等这些是结构模型；其二是对物质生命活动过程的研究，如胚胎移植示意图，荧光标记的人、鼠细胞融合过程示意图，减数分裂、有丝分裂中染色体的行为变化示意图，物质跨膜运输的方式示意图，分泌蛋白的合成和运输示意图等。通过构建物理模型，使高中生的积极性得到有效调动，对生物知识的理解更为深刻，促使高中生物教学效果得以显著提升[4]。

（三）建构数学模型，引导高中生有效掌握知识规律

数学模型是高中生物教学中生物模型的一种建构策略，本质上来看，数学模型是运用曲线图、函数图、计算公式、数学符号等，对生命活动规律与生物现象进行表达与描述，能将生物知识的本质充分地呈现出来，可以帮学生更好地对难点知识、重点知识进行理解。生物与数学都是综合性学科，两者间的联系非常密切，生物教师要想在教学过程中将生物模型的构建策略进行有效实施，就需要带领学生进行生物数学模型的构建。为此，在现今新课改深入推行的背景下，教师在进行生物模型建构时，就需要和教学需求相结合进行数学思维的渗透。如此，不但能使生物数学模型的建构目标得以初步实现，还可以积极引导学生将生物现象与知识通过曲线图、计算公式、数学符号进行描述，强化对学生的生物学建模能力与生物学基本规律的概括能力的培养，使高中生物教学中的生物模型建构得到合理运用。在进行生物数学模型建构时，教师可积极鼓励学生进行信息与资料的收集，将研究对象的数学规律找出来，做好建构生物数学模型的准备。然后，教师就可引导学生依据收集的信息进行假设与猜想，启发他们将生物现象及变化规律应用数学语言进行描述，修正与检验此前的假设模型，得出正确、完整的数学模型。如此一来，不仅能使学生更好地体验建构生物数学模型的过程，还能对学生的建模能力与科学思维进行充分培养，促使学生的生物认知水平与核心素养得到显著提升[5]。

例如，在进行高中生物选择性必修2《种群数量的变化》一课的教学时，就可以使用“S”型、“J”型曲线图来将种群的数量增长特征呈现出来。利用“J”曲线将理想环境里动物疯狂增长的特性呈现出来，利用“S”型曲线对现实环境种群数量变化进行体现，能反映“原始种群数量”因资源足够充足直到实现增长速度的最大化，又由于竞争，增长速度放缓，直至不变，种群数量也在这时实现了最大化。通过这一数学模型将资源和原始种群增长的关系很好地进行呈现，使种群数量变化得到了全面展示，还可以让学生更方便地进行记忆与理解。这两个数学模型对于生物本质的反映都是非常有利的，可以使课堂教学更具效率。在实际教学时，教师可以着重指引学生进行“S”型与“J”型曲线的差异性对比，使学生在对数学模型建构基本认知的基础上，还能够熟练掌握这种技能，让生物学习水平得以显著提升。

结束语

生物模型建构就是指以教材内容为基础，结合学生的实际认知发展规律和实际学情，完成教学模式的有效构建。作为一种能够促进学生生物学科核心素养得以有效发展、学习效率得以全面提升的高效教学手段和教学工具，为有效发挥其教学价值所在，教师在实际教学过程中，可以通过建构生物概念模型提升学生的知识体系构建能力、建构过程模型提高高中生的学习效率、建构物理模型优化高中生的学科思维习惯、建构数学模型引导高中生掌握知识规律等有效策略，促使学生能够全方面、多维度地对教学知识点进行充分掌握，使学习技能得到显著提升。

参考文献

[1]许艳冰.基于“情境―模型”双向建构的高中生物教学对策分析[J].科教导刊（电子版），2022（12）：210-212.

[2]张旭.高中生物教学中模型建构的价值与实践探究[J].教学管理与教育研究，2022，7（1）：77-78.

[3]冯国芬.基于核心素养的高中生物模型建构教学研究[J].中学课程辅导（教学研究），2021（24）：66.

[4]刘玉，龍主多杰.深度学习视域下高中生物学模型建构教学路径探析[J].中学生物教学，2022（8）：37-39.

[5]韦嫦春.基于模型建构的高中生物学教学研究：以“种群密度及其调查方法”为例[J].中学教学参考，2023（8）：90-93.

本文系赣州市级课题“高中生物教学中发展学生模型思维解决问题的实践研究”（项目编号：GZSW2022-7）的研究成果。