基于“稳态与平衡观”的高中生物学模型思维培养策略分析

吴丹

摘 要：高中生物学模型思维的培养一直备受关注，文章从“稳态与平衡观”的视角出发，探讨了相应的培养策略。通过分析考察教学实际，提出了以培养学生观察、分析、解释和预测能力为核心的培养策略。研究表明，通过“稳态与平衡观”培养学生高中生物学模型思维，有助于提升学生综合能力和科学素养。

关键词：稳态与平衡观；高中生物学；模型思维；培养

随着科学技术的不断进步，培养学生生物学模型思维成为教育的重要任务。模型思维能够帮助学生理解和解释生物现象，培养其科学探究和问题解决能力。在这一背景下，以“稳态与平衡观”为基础的培养策略备受关注。稳态与平衡观关注生命系统在变化中维持相对稳定的状态，这一概念有助于培养学生系统思维和动态分析能力。本文将探讨如何通过该观念培养学生生物学模型思维，以及其在教学中的应用。

一、“稳态与平衡观”的内涵及对高中生物学教学的影响

“稳态与平衡观”作为一种重要的生物学观念，强调生命系统在变化中保持相对稳定的状态，具有深刻的内涵，对高中生物学教学产生了积极的影响。这一观念不仅有助于学生深入理解生物现象和机制，还能培养学生的系统思维、模型思维和科学探究能力[1]。

首先，稳态与平衡观突出了生命系统的稳定性与动态性。生命系统内部存在着复杂的相互作用和调节机制，以维持相对稳定的内环境。这一观念有助于学生理解生命系统的内部结构与功能之间的相互关系，以及生命系统在外界变化下的自我调节和适应能力。在教学中，通过生动的案例和实验，引导学生观察和分析生命系统的动态变化，帮助他们建立起稳态与平衡观的意识。

其次，稳态与平衡观促进了学生的系统思维能力的培养。生命系统是一个复杂的整体，其中各个组成部分相互联系、相互作用。培养学生将生物现象放在更大的系统背景下进行分析和理解，有助于他们形成系统思维的能力。在教学中，可以引导学生探讨生命系统中的反馈机制、调节过程等，培养他们将局部与整体相结合的思维方式。此外，稳态与平衡观对于培养学生的模型思维和科学探究能力也具有重要意义。生命系统的稳态与平衡关系常常可以用数学模型或图表来表示，培养学生将生物现象抽象为模型的能力。在教学中，可以引导学生构建生命系统的数学模型，进行定量分析和预测。同时，通过提出问题、设计实验、进行数据收集与分析等科学探究活动，培养学生解决问题和探索未知的能力。

最后，穩态与平衡观强调了生命系统的整体性和联动性。生物现象往往是由多个组成部分协同作用产生的结果。教学中可以通过引导学生研究生物圈等复杂的生命系统，帮助他们理解生命系统的整体特点和相互关系，培养学生跨学科思维和综合分析能力。综上所述，稳态与平衡观的内涵丰富而深刻，对高中生物学教学产生了重要影响。通过培养学生对生命系统稳态与平衡关系的理解，可以促进他们的系统思维、模型思维和科学探究能力的发展，为培养具有综合素质的生物学人才奠定坚实基础。

二、高中生物学模型思维的特征和培养价值

高中生物学模型思维是指学生通过建立和运用生物学模型来理解和解释生物现象的能力，具有独有的特征和重要的培养价值。这种思维方式不仅有助于学生深入探究生物学知识，还培养了他们的创新能力、批判性思维和实际应用能力。

首先，高中生物学模型思维的特征在于抽象与具体的结合。学生在学习生物现象时，将复杂的生命系统抽象为数学模型、图表或图像，更加直观地展现生物过程的本质[2]。例如，在讲解“基因遗传规律”相关知识时，学生可以通过建立基因座位图谱模型来描述基因在染色体上的分布情况，使抽象的遗传原理变得具体可见。其次，高中生物学模型思维强调定量分析和预测能力的培养。学生通过构建数学模型，可以进行定量分析，预测不同因素对生命系统的影响。例如，通过建立食物链和食物网模型，学生可以定量分析食物链中不同物种的相对数量变化，预测环境变化对生态平衡的影响。再次，高中生物学模型思维注重系统性思考。生命系统内部存在着复杂的相互作用和调节机制，学生需要从整体的角度来思考问题。通过建立模型，学生可以更好地理解生命系统的结构和功能之间的相互关系，培养他们的系统思维能力。此外，高中生物学模型思维强调实际应用能力的培养。模型思维不仅仅停留在理论层面，还能够帮助学生解决实际问题。例如，在疾病传播的研究中，学生可以通过建立传染病模型来预测疾病传播的趋势，为公共卫生决策提供科学依据。高中生物学模型思维的培养价值在于培养学生的综合素质和创新能力。模型思维能够帮助学生跳出传统的思维模式，培养他们从不同角度思考问题、提出新的假设和解释的能力。此外，模型思维也能够为学生今后的科学研究和实际应用提供有力的支持，使他们能够更好地运用生物学知识解决实际问题。

总之，高中生物学模型思维具有抽象与具体结合、定量分析与预测、系统性思考和实际应用等特征。培养这种思维方式不仅能够帮助学生更深入地理解生物现象，还能够培养他们的创新能力和实际应用能力，为培养具有综合素质的生物学人才提供重要支持。

三、基于“稳态与平衡观”的高中生物学模型思维的培养策略

（一）模型构建，培养高中生的系统思维

教师要引导学生了解模型在生物学中的重要性，以及如何构建和使用模型来理解复杂的生物现象。教师可以分享一些经典的生物学模型，如DNA双螺旋模型、细胞膜模型等，让学生感受模型在科学研究中的应用。还应鼓励学生根据所学知识构建自己的模型，解释生物现象。例如，学生可以设计模型来说明生命系统中的食物链关系、细胞内信号传导过程等，通过手工制作、计算机绘图等方式，将抽象的概念形象地呈现出来。同时，引导学生思考模型的局限性和优化方向。让学生评估所构建模型的准确性和适用性，思考如何根据实际情况进行改进，培养他们的批判性思维和创新能力。学生可以选择一个生态现象，如能量流动和物质循环，利用纸板、彩纸等材料构建一个生命系统模型，通过模型展示不同生物之间的相互作用和平衡关系。在细胞生物学方面，学生可以使用软件工具绘制细胞膜渗透调节的模型，展示细胞内外环境的动态平衡。

（二）问题驱动，培养高中生的探究精神

教师要鼓励学生主动提出问题，并引导他们通过探究来解答问题。教师可以在教学中提出开放性问题，如“为什么一些生物能够在极端环境中生存？”“细胞内外环境的平衡是如何调节的？”等，激发学生的好奇心和求知欲。还应组织学生参与课外科研项目，让他们深入探讨自己感兴趣的生物学课题。学生可以选择一个生态现象或细胞过程作为研究对象，进行实地调查、实验设计和数据分析，培养他们的独立探究能力。教师要重视引导学生将问题与现实应用联系起来，培养他们解决实际问题的能力。

例如，“血糖平衡调节”是一个非常适合培养高中生探究精神和生物学模型思维的课题。教师首先向学生提出“为什么动物需要保持血糖水平的平衡？它是如何调节的？”鼓励学生自主进行独立研究，获取相关信息。学生可以设计一些简单的实验来研究血糖平衡调节。例如，他们可以观察在进食后血糖水平的变化，或者在进行体育活动后如何影响血糖。这有助于他们理解生物体内的调节机制。学生可以使用图表、流程图或三维模型来表示胰岛素的作用、肝脏的参与以及血糖浓度的变化。这锻炼了他们建模和图像化思维的能力。

（三）培养稳态与平衡观的意识

在教学中，教师可以通过生动的实例引导学生思考物种之间相互作用和资源利用的平衡关系，以及生物体内细胞内外环境的稳态调控。教师可以引导学生观察自然界中的例子，如食物链、食物网、生态金字塔等，让他们深入理解不同生物之间的相互依赖与平衡。同时，通过探讨物种数量的波动和稳定状态的特点，培养学生对于生态平衡的敏感性。在细胞生物学领域，可以通过细胞膜的渗透调节、体内酸碱平衡等案例，引导学生理解细胞内外环境的动态平衡以及细胞内稳态的重要性。例如，通過实验演示细胞膜对不同溶液的渗透情况，让学生观察和思考细胞膜的渗透调节对细胞稳态的影响。在教学方面，教师可以选择一个具体的生态环境，如森林、湿地等，让学生分析其中的生物种类、数量变化以及相互关系，引导他们思考该生命系统如何保持稳态和平衡。在细胞生物学方面，可以进行模拟实验，观察细胞在不同渗透浓度溶液中的现象，让学生体验细胞膜调节稳态的过程[3]。

（四）建立更加系统的思维机制

在教学过程中，教师可以引导学生运用科学方法，通过实验设计、数据收集与分析，来解答自己提出的问题，建立更加系统的思维机制。举例来说，学生可以设计一个模拟实验，观察在不同环境条件下物种数量的变化，揭示环境因素对稳态的影响。又或者，学生可以进行细胞实验，验证细胞膜在不同渗透条件下的渗透调节能力，以此来理解细胞内外环境的平衡机制。更进一步，教师应引导学生深入探讨问题背后的机制和原理。以“动物体温平衡”相关知识为例，学生应该使用实际案例或模拟实验来验证他们的模型。他们可以通过研究不同气温下不同动物的体温变化来验证模型的准确性。教师引导学生讨论他们的模型，分享他们的发现。学生可以提出问题、挑战模型，并讨论不同动物在不同环境中如何调节体温。这种讨论有助于培养批判性思维和系统思考。最后，教师可以引导学生思考体温平衡对于动物生存的实际应用。如在寒冷的冬天或酷热的夏天，动物如何适应环境。通过这样的引导，学生将能够逐步培养起自主提问、科学实验、数据分析等一系列科学研究的能力。这种学习方式不仅能够使学生具备更加系统的思维机制，还能够锻炼他们的逻辑思维，培养学生解决问题的能力。同时，学生在实际操作中能够更好地理解抽象的生物学理论，使知识更具体、更有意义。通过这种方式，学生将更加主动地投入学习中，形成积极的学习态度和深刻的学习体验。

（五）跨学科融合，拓宽学生的视野

教师在培养学生稳态与平衡观念和模型思维时，应积极鼓励学生将这些概念应用到不同学科领域，促进跨学科融合。这样的跨学科方法不仅能够丰富学生的知识，还能够培养他们的综合素养和解决问题的能力。首先，教师可以通过设计有趣的跨学科课题，引导学生探索生命系统与化学、物理等领域的关联。教师可以要求学生研究细胞内的化学反应，了解细胞内各种物质的平衡浓度是如何维持的，以及不同反应如何相互影响[4]。通过这样的案例，学生能够深入理解稳态与平衡的重要性，并将生物学知识与化学知识有机地结合起来。其次，教师可以组织学科间的合作与讨论，鼓励学生从多个角度思考稳态与平衡问题。在团队合作中，学生可以共同探讨物种平衡如何与环境中的物理因素相互作用。通过与物理学或地理学等领域的知识结合，学生能够从更广阔的视角去理解问题，形成更为全面的认识。此外，教师可以通过实际案例分析，让学生认识稳态与平衡在现实问题中的应用价值。举例来说，教师可以引导学生探讨城市生态系统中的稳态调控，让他们思考人类活动对城市生态平衡的影响，培养他们的环境意识和社会责任感。通过这样的案例，学生能够将抽象的概念与实际问题相结合，加深对稳态与平衡原理的理解。教师应该充分利用跨学科的方法，引导学生将稳态与平衡的观念和模型思维运用到不同学科领域中。通过设计跨学科课题、促进学科间的合作与讨论，以及通过实际案例分析，可以培养学生的综合能力，使他们更好地理解和应用稳态与平衡的概念。这种综合性的学习方式将有助于学生更全面地认识生命系统的复杂性和多样性。

（六）情境模拟，培养学生的决策能力

设计情境，让学生在虚拟环境中体验稳态与平衡的调节过程。例如，通过计算机模拟软件，让学生调整不同因素的数值，观察物种数量的变化，培养他们在不同条件下制定决策的能力。引导学生分析决策对系统稳态的影响，培养他们预测结果的能力。学生可以通过情境模拟，观察不同决策对生态平衡的影响，分析其背后的原因，进一步理解稳态与平衡的关系。组织角色扮演活动，让学生扮演生态环境管理者或细胞内稳态调节者的角色，制定决策并进行讨论。通过模拟真实场景，培养学生在保持稳态与平衡方面的决策能力。学生可以使用生态模拟软件，调整不同物种的数量和相互关系，观察其稳态变化，并讨论如何通过调节因素来维持平衡。在细胞内稳态方面，学生可以扮演细胞内环境调节者的角色，模拟不同条件下细胞内外环境的变化，制定相应的调节策略[5]。

结束语

稳态与平衡观作为培养高中生物学模型思维的策略，在实践中展现出良好的效果。通过培养学生观察、分析、解释和预测能力，学生能够更好地理解生命系统的运作机制。然而，培养高中生生物学模型思维需要多方面的支持，包括教师培训、教材改革等。我们需要进一步深化稳态与平衡观的应用，探索更多有效的培养策略，为高中生物学教育的改革和发展提供有力支持。

参考文献

[1]孙琦，卜庆梅.基于“稳态与平衡观”的高中生物学模型思维的培养：以“血糖平衡的调节”为例[J].中小学教材教学，2020（2）：38-41.

[2]吴守娣.基于“稳态与平衡观”的模型思维的培养：以“血糖平衡的调节”为例[J].新课程，2022（20）：138-139.

[3]王颖.人教版高中生物学教材选择性必修2生物与环境介绍[J].生物学教学，2020，45（11）：6-10.

[4]吴宇清.模型思维可视化在高中生物学教学中的应用[J].中小学数字化教学，2023（7）：13-17.

[5]房颖，柳忠烈，田树青.基于发展科学思维的模型构建在高中生物学教学中的应用：以“细胞的增殖”为例[J].生物学通报，2022，57（9）：28-31.

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”（课题编号：GZSW2022-7）的研究成果。