深度学习视域下高中生物概念教学中模型的建构和应用研究

摘 要：深度学习理论由美国知名学者布鲁纳提出，致力于激发学生的深度思考与批判思维能力。在此理论框架下，高中生物概念教学中模型的建构显得至关重要。它不仅有助于学生对抽象生物概念的直观理解，更能推动深度学习理论在实践中的应用与发展。本研究从深度学习理论的角度，深入探讨了高中生物概念教学中模型的构建与其在教学中的实际应用，旨在为提升教学效果、培养学生综合素养提供新的思路与方法。

关键词：深度学习；高中生物；教学模型；概念教学

新课程改革的不断深化，对高中生物教学提出了新的要求，特别是对学生的思维发展和知识迁移能力给予了更多关注。在深度学习视域下，高中生物概念教学正积极探索多样化的模型构建方法，这种方法不仅有助于学生更直观地理解和掌握生物概念，更能有效提升学生的类比推理和系统逻辑思维能力。通过这种教学方式，学生能够将所学知识更好地迁移到其他情境中，实现知识的深度应用和实践，为培养学生的综合素养奠定坚实基础[1]。

一、深度学习视域下高中生物概念教学中模型构建的重要性

（一）促进学生思维发展

深度学习视域下的高中生物概念教学中模型的构建，在促进学生思维发展方面具有不可替代的作用。生物作为一门自然科学，其概念往往抽象且复杂，对于高中学生来说，理解这些概念并运用到实际问题中是一大挑战。而模型的构建为学生提供了一个直观、可视化的学习工具，使得抽象的概念得以具体化、形象化。通过构建各类模型，学生不仅能够更加清晰地理解生物知识的内在联系，还能在模型构建的过程中锻炼其逻辑思维能力。例如，在构建生态系统模型时，学生需要考虑各种生物之间的相互作用以及它们与环境的关联，这要求学生进行深入的逻辑分析和综合判断。这样的过程，无疑会让学生的逻辑思维能力得到显著提升。此外，模型的构建还能激发学生的创新思维，在构建模型的过程中，学生往往需要发挥想象力，尝试不同的排列和组合，以找到最能反映生物概念的模型。这种探索和尝试的过程，不仅能够加深学生对生物概念的理解，还能培养其创新意识和实践能力。

（二）实现知识迁移应用

在深度学习视域下，高中生物概念教学中模型的构建是实现知识迁移应用的关键，知识迁移应用能力是学习效果的重要衡量标准，它要求学生能灵活运用所学知识于多变情境。模型，作为一种精练抽象的学习工具，可帮助学生洞察生物概念的本质与规律。当面临新情境或问题时，学生可通过回顾先前构建的模型来分析和解决，这恰恰是知识迁移的核心。通过构建模型，学生能更清晰地理解生物知识间的内在联系，进而形成全面系统的知识体系[2]。在解决实际问题时，学生便能从这个体系中迅速提取相关信息与方法，达成知识的迁移与应用，同时，建模过程本身也是对学生解决实际问题能力的培养，在此过程中学生需运用所学知识去分析和解决实际问题，这不仅加深了对知识的理解，也提升了解决问题的能力。再遇类似问题时，学生便可借鉴先前的建模经验，迅速找到解决方案。

（三）转变学生的学习方式

在深度学习的时代背景下，高中生物概念教学中模型构建的重要性不容忽视，模型构建不仅是对知识的整合与呈现，更是促进学生从被动学习向主动学习转变的关键环节，通过精心设计的模型构建活动，可以引导学生逐步深入理解生物概念，形成系统的知识体系。模型构建在生物教学中具有独特的优势，它能够为学生提供直观、生动的学习体验，帮助学生将抽象的概念具体化、形象化，从而加深对知识的理解和记忆，模型构建活动强调学生的主动参与和实践，能够激发学生的学习兴趣和积极性，提高学习的主动性和自觉性。此外，模型构建还能促进学生之间的交流与合作，在构建模型的过程中，学生需要相互讨论、协作，共同解决问题，这种合作式的学习方式不仅能够培养学生的团队合作精神，还能让学生在交流中碰撞思想、启迪智慧，实现知识的共享和增值，通过模型构建活动，学生可以在实践中掌握知识、理解概念，实现学习方式的转变，提高学习的效果和质量，因此，教师应重视模型构建在教学中的应用，积极引导学生进行模型构建活动，促进学生全面而深入地理解生物知识。

二、深度学习视域下高中生物概念教学中模型的建构和应用策略

（一）构建物理模型，对抽象生物概念直观表达

物理模型是高中生物教学中极为重要的一类教学工具，它能够通过直观的方式展现生物中的抽象概念，帮助学生更好地理解和掌握相关知识。物理模型是指那些能够模拟或再现生物现象、结构或过程的实物模型，它们通常采用特殊的色彩、图形和符号等手段，生动地展示生命现象的发生、发展和变化规律。在高中生物教学中，物理模型具有显著的教学优势。由于生物知识涉及大量宏观和微观的结构与过程，这些内容往往难以通过语言或文字单独描述清楚，而物理模型则能够以三维立体的方式呈现这些结构和过程，使学生能够直观地观察到生物现象的本质和特征，从而深化对生物概念的理解。

以《组成细胞的分子》这一章节的教学为例，教师可以利用物理模型来帮助学生更好地理解细胞分子的组成和结构。为了构建这一章节的物理模型，教师可以提前准备一些教学器材，如彩色黏土、小球、小棒等，以便在课堂上指导学生进行模型构建。在教学过程中，教师可以先向学生介绍不同细胞分子的基本概念和分类，然后，引导学生使用教学器材构建细胞分子的物理模型。例如，可以用彩色黏土代表不同的分子类型，通过黏土的颜色、形状和大小来区分不同的分子，并用小棒将它们连接起来，模拟分子之间的相互作用。在模型构建完成后，教师可以组织学生进行小组讨论和展示，让他们分享自己的构建过程和心得体会。通过这种方式，学生不仅能够更加直观地了解细胞分子的组成和结构，还能够在动手实践的过程中加深对生物概念的理解。此外，教师还可以利用物理模型进行知识点的拓展和延伸。例如，在介绍完细胞分子的基本组成后，教师可以引导学生思考这些分子在细胞生命活动中的作用和意义，从而帮助学生建立更加完整的生物知识体系。通过构建物理模型的方式，教师可以帮助学生更加直观地理解和掌握生物中的抽象概念，提高他们的学习兴趣和积极性[3]。

（二）构建数学模型，培养高中学生类比推理能力

数学语言丰富多样，包括函数、图像、计算公式、符号等多种形式。这些元素能够有效地辅助我们理解和表达生物中的复杂现象，通过巧妙地运用这些数学语言元素，结合生命活动的规律，我们可以构建出反映生物知识本质的数学模型，从而帮助高中生更好地掌握那些抽象难懂的生物概念。在高中生物教材中，可以看到许多数学模型的身影，如计算类模型，它们涉及遗传规律的比例、基因频率、遗传病的概率、蛋白质的相对分子量以及DNA结构中碱基的数量与比例等。

以“细菌数量变化规律”的教学内容为例，当学生完成了这一部分的学习后，教师可以通过引入“澳大利亚地区野兔数量呈倍数增长”的现象，进一步拓宽学生的视野，并激发他们对生物现象背后规律的探索欲望。通过多媒体展示，学生可以直观地看到野兔数量在短时间内迅猛增长的情况，这种视觉冲击将有助于学生形成深刻的印象。接着，教师可以提出如“野兔数量为何会快速增长”和“这种种群增长的趋势能不能一直维持下去”等一系列引导性问题，以促使学生深入地进行思考。这些问题的探讨将使学生逐渐认识到，尽管研究对象从微观的细菌转变为了宏观的野兔，但两者在数量增长上却呈现出相似的规律，这种跨物种的相似性，正是生物中普遍规律的体现，也是概念教学的关键所在。在学生对野兔数量增长现象有了一定理解后，教师可以引导他们回顾之前学过的细菌数量增长模型：在假设生存空间无限且营养物质充足的情况下，细菌的数量增长遵循Nn=2n的公式，这一公式描述了细菌数量随时间呈指数增长的规律。通过回顾这一模型，学生可以更加清晰地理解数量增长的基本概念和数学表达方式。为了进一步巩固学生的理解并锻炼他们的类比推理能力，教师可以设定一个具体的初始野兔数量，比如，10只，并让学生尝试推导出新的增长公式。在这个过程中，学生需要运用类比思维，将细菌的数量增长模型应用到野兔数量增长的分析中，通过思考和推导，学生可以亲手构建出Nt=N0λt这样的数学模型，其中N0代表初始数量，λ代表野兔数量是前一年野兔数量的倍数，t代表时间。学生在这个过程中学会了如何将抽象的概念转化为具体的数学模型，并通过模型来分析和解决实际问题。这种构建数学模型的过程，不仅帮助学生巩固了种群“J”形增长的概念，还锻炼了他们的类比推理能力和数学应用能力。

（三）构建概念模型，发展学生系统逻辑思维能力

概念模型是一种通过文字表述来概括某一事物本质特征的方法，它能够抽象地描绘生物中的核心概念、关键内涵及重要外延知识。这种模型通常以概念图的形式展现，不仅能有效表达概念之间的相关性，还能通过命题方式深刻体现概念之间的意义与联系。构建这样的概念模型，对高中生来说有助于他们更深入地理解和掌握生物概念之间的联系，完善生物知识架构，并提升理解和运用生物概念知识的能力。

以《基因表达与性状的关系》为例，这是一个涉及多个抽象概念的主题，包括基因、表达、性状等，为了帮助学生更好地理解和掌握这些概念及其相互关系，教师可以引导学生构建概念模型。首先，教师可以让学生明确这些核Xy1KAaHfsl61b2QDp2g0KiU3o6wlPGYFM3BeaK6p/z8=心概念的定义和内涵，如基因是遗传信息的载体，表达是基因转录和翻译的过程，性状是生物体可观察的物理或生化特征等。然后，教师可以指导学生思考这些概念之间的联系，例如，基因如何影响性状，表达过程中哪些因素可能影响性状的最终表现等。最后，教师可以引导学生使用概念图来可视化这些概念和它们之间的关系。在概念图中，基因、表达和性状可以被表示为节点，而它们之间的关系则可以通过箭头或线条来表示，例如，从基因节点指向表达节点的箭头可以表示“基因通过表达影响性状”，而从表达节点指向性状节点的箭头可以表示“表达的结果决定性状”。通过构建这样的概念模型，学生不仅能够清晰地看到各个概念之间的联系，还能更深入地理解基因如何影响性状以及表达过程中可能发生的各种变化。这种对概念之间关系的深入理解，将有助于学生在解决复杂问题时进行更系统的思考。此外，教师还可以鼓励学生自主构建和应用思维导图来进一步巩固和拓展他们对生物概念的理解。思维导图是一种与概念模型类似的可视化工具，它可以帮助学生整理和组织大量的信息，并清晰地展示出概念之间的层次关系和逻辑关系。通过定期构建和应用思维导图，学生可以不断提升自己的系统逻辑思维能力，从而更全面地掌握生物的核心概念。

（四）变形拓展，实现知识的深度迁移与应用

深度学习不仅要求学生掌握知识本身，更要求学生在面对新问题时能够从不同角度审视问题，举一反三，灵活运用所学知识进行分析和解决。这一特征在模型建构教学中体现得淋漓尽致：为了达到深度学习的迁移应用目标，教师在模型建构教学中可以采用变式训练的方法。这种变式训练不是对原有模型简单地进行复制或模仿，而是通过对原有模型的变形、拓展，来检验和加深学生对生物概念的理解。通过这种方式，学生能够更好地认识到生物知识的内在逻辑和关联性，锻炼知识迁移能力，培养创新思维和问题解决能力，进而提升其科学素养和探究能力。

以人教版选择性必修二《生态系统的能量流动》一节为例，传统的能量流动模型通常是以食物链为基础，展示能量在各级消费者之间的传递和损失。然而，这种模型虽然直观，但对学生来说可能过于抽象，难以真正理解能量流动的复杂性和动态性。因此，教师可以通过对原有模型的变形和拓展，帮助学生更深入地理解这一概念。教师可以构建一个更为复杂的生态系统模型，引入更多的生态因素，如气候变化、物种多样性、人为干扰等，来模拟真实生态系统的复杂性。在这个拓展模型中，学生可以直观地看到能量在不同生物之间的流动，以及各种生态因素对这一流动的影响。例如，气候变化可能导致生产者（如，植物）的生长周期改变，进而影响初级消费者（如，食草动物）的食物来源，最终影响整个生态系统的能量流动。此外，教师还可以引导学生参与模型的变形和拓展过程。具体做法是：将学生分组，并让每组在原有模型的基础上引入一个新的生态因素，预测这一因素对能量流动的影响。随后各组展示并讨论变形后的模型，比较模型之间的异同，从而加深对能量流动概念的理解。最终实现知识的迁移，并将其应用到环境保护、生态平衡等实际问题中去，为之提出合理的建议和解决方案。

结束语

总之，深度学习视域下高中生物概念教学中模型的建构可以有效提升学生的学习效果与知识应用能力，通过构建物理模型、数学模型、概念模型并进行变形拓展，不仅能够帮助学生直观地理解抽象概念，还能促进他们的逻辑思维、类比推理能力以及知识迁移与应用能力的发展。因此，教师应积极探索并应用多样化的模型构建方法，以优化高中生物教学，培养学生的综合素养，从而为高中学生的全面发展奠定坚实基础。

参考文献

[1]王剑锋.基于生命观念的高中生物概念深度教学策略研究[J].华夏教师，2020（10）：29-30.

[2]王冬晴.聚焦生物大概念视域下对高中生物学“生物与环境”模块的教学研究[D].牡丹江：牡丹江师范学院，2023.

[3]张丽，朱华国，何兴宏.基于生命观念的高中生物课程概念教学的策略研讨[J].中文科技期刊数据库（文摘版）教育，2022（5）：4.

本文系2023年镇江市教育教学研究立项课题项目“基于深度学习的高中生物学概念教学中建构模型的策略研究”（项目编号：2023JKY086）研究成果。