建構模型，培養生物核心素養

周林聰

隨著高中課程改革的不斷深化，改革對學生的核心素養提出了更高的要求。因此，生物學科的課程改革也必將把展學生的核心素養作為追求目標。生物學科的核心素養包括：生命觀念、理性思維、科學探究、社會責任等內容。本文主要從建構生物模型角度，談談核心素養的培養。

一、概念模型，建立體系

模型是人們為了學習和了解某種事物而開發的一種工具，它可用定量表示也能定性表達。以化抽象為具體為手段，或者是通過抽象的形式表達來實現對事物的理解。因此筆者在生物教學中就經常要求學生借助模型這一工具來加深對知識的理解。

例如教材在編寫《現代生物進化理論的由來》時，就是通過以下理論模型，講解達爾文的學說的。如根據事實1：生物都有過度繁殖的傾向；事件2：物種內個數能保持穩定；事件3：資源有限，得出推論1：個體之間有生存斗爭，在此基礎上和事實4：個體存在差異即變異；事實5：變異可以遺傳，推導出結論2：有利變異存活和繁衍的機會多，進而得出：有利變異積累，生物進化成新類型。但是若以學生能夠輕松記憶為目的，此模型依舊存在不夠簡潔、內在關系不夠突出的問題。為了幫助學生實現對學說更深刻的理解，筆者引導學生沿著起因與結果這條路線重新梳理了自然學說的理論，構建了以下概念模型：在食物空間等環境有限的條件下，生物存在度繁殖導致生物之間生存斗爭的產生和發展，而生物演變過程中存在遺傳變異，不利變異被淘汰從而推導出適者生存的核心觀點。學生在理解的基礎上總結和歸納建立概念模型，在此過程中是對知識的反芻與消化。概念模型具有表達簡明扼要的特點，便于學生強化記憶。在體會到概念模型的實用性后，學生們舉一反三，將它運用到對光合作用、呼吸作用等方面的記憶。

同學們在學習與理解的基礎上建立自己的知識網絡體系，不僅有助于記憶力的提升，更收獲了創作的成就感。通過概念模式的建立使學生更好的理解了進化與適應的觀念，同時也強化了其用生命觀念去認識生命世界、解釋生命現象的意識。

二、物理模型，發現規律

高中生物知識的學習中，有一個知識點讓許多學生感到無可奈何，這個難點就是細胞的減數分裂。同學們表示課本上雖然講解詳細但還是過于抽象，所以理解記憶起來就比較困難。為了打破這一困擾，筆者采取構建物理模型的方式，讓知識自己“說話”。

在進行減數分裂教學時，筆者先讓學生進行文章的預習做到對知識有關初步的了解，然后筆者拿出事先做好的物理模型——表示染色體的紙條和可以將紙條固定在黑板上的釘子。首先我在黑板上畫出一個圓表示細胞，將兩對染色體置于其中表示精原細胞演化成的初級精母細胞。這兩對染色體分別由兩條染色單體組成并由同一個著絲點連接，釘子在此充當著絲點。將大小相同的同源染色體對稱的某一位置的片段交換貼好，表示發生了染色體交換現象。將大小相同同源染色體并列放在赤道板兩側，此時再用細線表示紡錘絲栓接在釘子上并分別向上下牽引，來表現在紡錘絲牽引下同源染色體分開的情況。用物理模型初步展現了精原細胞減數第一次分裂的過程，讓同學們將課本上的表述與看到的現象相結合，通過視覺的刺激同學們更好的理解了生命現象。有了這次經歷，我讓同學們自己動手展示減數第二次分裂，同學們都積極地動手操作起來。

通過建構模型，可以防止學生被非本質因素的干擾，從而幫助其抓住事物的根本特征。學生用身邊簡單的物品構建模型，讓生命的現象或過程得以再現，更容易掌握知識的規律。進一步的促進學生理性思維的養成，提升其核心素養。

三、數學模型，揭示本質

數學模型建構的一般步驟為：觀察研究對象，提出問題→提出合理假設→根據實驗數據，用數學形式表達事物性質→繼續實驗觀察，檢驗修正模型。建構數學模型對學生的科學探究以及歸納總結的能力提出新要求，因此建模的過程中就是學生核心素養的培養過程。

例如在學習孟德爾雜交實驗的數學比例式3：1，9：3：3：1，1：1：1：1等就是典型是數學模型建構。這些數字將生命現象量化，幫助學生揭示生命現象的本質。在這些數字的基礎上，學生進行合理的邏輯推理，不難理解自由組合定律的實質。F1減數分裂形成配子時，同源染色體上的等位基因分離，非同源染色體上的非等位基因自由組合。如兩對相對性狀的雜交實驗中，F2產生9種基因型，4種表現型。①雙顯性性狀（Y_R_）的個體占9/16，單顯性性狀的個體（Y_rr，yyR_）各占3/16，雙隱性性狀（yyrr）的個體占1/16，對應9：3：3：1。②純合子（1/16YYRR + 1/16YYrr + 1/16yyRR + 1/16yyrr）共占4/16，對應1：1：1：1。另外，雜合子占12/16，其中雙雜（YyRr）占4/16，單雜（YyRR、YYRr、Yyrr、yyRr）各占2/16，共占8/16。③F2中親本類型（Y_R_ + yyrr）占10/16，重組類型（Y_rr + yyR）占6/16。每一個數字對應一種現象，學生將數字與生物的性狀聯系起來，從本質上解釋生命現象，激發了學生學習的興趣與動力。

建構數學模型是以邏輯推理為手段，量化生命發展過程中出現的現象，通過建立數量關系達到認識生命現象的目的。學生通過建模這一活動，挑戰自己的分析和推理能力，在抓住本質的同時更快速有效的掌握知識。

模型建構對傳統的教學方式提出了挑戰，教師應把握好模型的作用，充分而全面的調動學生總結歸納、邏輯推理的能力，以模型教學為途徑提高學生的生物核心素養。

（作者單位：江蘇省南通市通州區金沙中學）