基于高中生物學核心素養的模型建構法應用研究

徐業華

模型是人們為了某種特定目的而對認識對象所做的一種簡化、概括性的描述，是科學研究中對復雜事物的一種簡單描述方法，也是當前自然科學研究中普遍應用的一種科學方法。模型可以體現事物最主要的特征，并以簡化的形式再現原型的各種復雜結構和功能。構建模型，把模型用作研究客體的一種手段，這是人類在認識世界和塑造世界的實踐中的一大創造。模型建構思想是《普通高中生物課程標準（實驗）》（以下簡稱課標）的重要思維方法。培養學生模型建構的能力，能夠促進學生理解核心概念的形態、特征和本質，提高學生的核心素養能力，是科學研究中重要的認識手段和思維方式。課標中明確要求：“了解建立模型等科學方法及其在科學研究中的作用，培養學生的建模思維和建模能力”。美國《國家科學教育標準》中也明確把模型和科學事實、概念、原理、理論列為科學主題的重點，并將構建、修改、分析、評價模型作為高中學生的基本科學探究能力。課標也明確將運用模型與建模方法探討生命現象及規律作為培養學生核心素養的理性思維方面的重要目標。而且在數學、物理、化學等自然科學均明確將模型建構作為培養學生提高科學素養的重要途徑。

1 教師要充分認識模型建構法在培養學生核心素養的價值和意義

1.1 教師要激發學生學習興趣，培養學生關愛生命，積極探索生命奧秘的社會責任

偉大的科學家愛因斯坦說過：“興趣是最好的老師。”這就是說一個人一旦對某事物有了濃厚的興趣，就會主動去求知、去探索、去實踐，并在求知、探索、實踐中產生愉快的情緒和體驗，進而產生強烈的學習動機和欲望。高中生物教學中的很多內容受學習條件、教學環境及教學時間的限制，難以讓學生在課堂上進行直接觀察和深入探究。另外，有些概念比較抽象，相關知識較為枯燥、乏味，學生感性認識不足自然難以激發他們對生命偉大的認知與生命奧秘的探究欲望。如何將深奧的生命形象化？建構模型就是一種很好的手段。如通過建構細胞的結構模型不僅能夠幫助學生形成結構與功能觀等生命觀念，而且對于激發學生形成投身科學，積極探索生命奧秘的社會責任與擔當也有重要意義。再如生態系統穩定性教學中，與其依靠教師枯燥的講解、學生單純的記憶，教師不如直接提供相關實驗材料，讓學生自主學習、分析、分組討論、設計生態瓶，從結果中分析影響穩定性的因素。這樣既提高了學生學習的興趣，又使學生建立了生態系統穩定性的概念。更重要的是當學生通過所學知識解決生產生活中的生物學問題如環境問題的時候，實際上也就培養了學生的社會責任和擔當，這也是教師根本的教育目標——育人。

1.2 教師要引導學生建構知識體系，形成核心概念，培養學生的理性思維

新課標明確將能夠運用歸納與概括、演繹與推理、模型與建模、批判性思維等方法探討生命現象及規律作為理性思維培養的目標。建模是一項能力，更是一種方法，是培養學生歸納與概括、演繹與推理等理性思維能力的重要手段。如通過建構如圖1所示的種群數量特征概念模型，不僅清晰地反映了概念之間的相互關系，有利于學生形成核心概念，而且也有效培養了學生的歸納與概括能力。沃森與克里克構建DNA雙螺旋模型的過程也正是他們演繹與推理的過程。

1.3 教師要培養培養學生的科學探究能力

新課標將倡導探究性學習，提高公民科學素養作為標準設計的基本理念，也將科學探究作為生物學科核心素養的一個核心方面。課堂教學中模型的構建改變了傳統的教師“滿堂灌”局面，由過去被動的學習方式變為自主的學習方式，完成了以教師、知識為中心，向以學生、能力、核心素養為中心的轉變。建立模型的過程是一個思維與行為相統一的過程，模型建構法能能夠促進學生理解核心概念的形態、特征和本質，培養學生的探究能力、圖文轉換能力、邏輯思維能力、創新能力等，是科學研究中重要的認識手段和思維方式。比如在生物膜流動鑲嵌模型的構建過程中，教師通過以科學史的探究為線索，結合問題串，層層遞進引導學生不斷構建、修正模型，既培養了學生的建模思維和建模能力，同時模型構建的過程，學生也不斷質疑、提出新問題、解決新問題。如對于人教版教材中的電鏡照片所反映蛋白質的對稱分布，有學生根據一些受體蛋白的結構提出了質疑。另外，蛋白質的不對稱分布的冰凍蝕刻實驗證據，也由學生自主搜集得到。實際上這些看似簡單的方法也正是高中生物教育所要完成的目標：引導學生主動參與探究過程，勤于動手和動腦，逐步培養學生搜集和處理科學信息的能力、獲取新知識的能力、批判性思維的能力、分析和解決問題的能力等。

1.4 教師要幫助學生提高復習效率，提升其解題能力

毋庸諱言的是高中生物教學的一個重要任務就是高考。因此提高復習效率，提升解題能力是一個重要的教學目標，對于高三學生顯得尤為重要。通過建構模型，知識得到簡化，突出主干知識相互聯系，可以有效提高復習效果。如復習原核細胞和真核細胞的區別時，學生不僅僅要知道最根本的區別——有無細胞核，還要聯系細胞代謝、細胞分裂、遺傳、基因結構等各方面相關知識形成概念圖，將零碎知識系統化，真正掌握概念的內涵。通過建立相關的數學模型，將抽象知識總結出規律，能有效提升學生的解題能力。如蛋白質的合成分子量和脫水量計算，DNA的結構中堿基數量及比例計算，DNA分子的復制子代DNA數量、標記DNA比例及所需某種脫氧核苷酸比例等，通過總結出規律、公式，能極大提升學生的解題能力。

2 教師應用模型建構法教學中應注意的問題

2.1 真正以學生為中心，突出學生在模型建構中的主體地位

模型建構法不等同于教師的模型教學，其最大的價值是讓學生通過嘗試建立模型，體驗建立模型的思維過程，領悟建模方法，并獲得或鞏固有關生物學概念。如，學習DNA結構時，教師拿著DNA雙螺旋的塑料模型講授DNA的結構與學生通過學習科學史自己建構一個模型，教學效果是截然不同的。

2.2 教師是模型構建的指導者、促進者和評價者

以學生為主體，絕不意味著教師就可以無所事事。由于知識、能力等方面的欠缺，學生往往在模型構建過程中出現困難，構建的模型也可能有不完善或錯誤的地方，這就需要教師積極地引導和客觀地評價。比如在DNA復制模型的構建過程中，學生對于復制的起點、方向等理解往往有偏差，認為復制都是從末端開始、單向進行，這時就需要教師提供相關資料，積極引導他們形成正確的觀點。在用橡皮泥制作減數分裂模型時，筆者發現有些學生沒有用不同顏色區別同源染色體與姐妹染色體，這也幫助教師掌握學情，了解教學中的薄弱點。endprint

2.3 教師要注意發現和保護學生在模型構建過程中的創造性思維

生物學上的很多問題，有的并沒有定論，學生在制作模型時，往往會展現出一些“奇思妙想”，而這也正是科學得以不斷進步的動力。因此，在高中生物學教學中，教師應該充分利用模擬實驗及構建模型的機會來培養學生的創新能力，鼓勵學生的創造性思維。比如在生物膜流動鑲嵌模型構建過程中，有學生根據“極性相似相溶”和磷脂分子的翻轉運動的原理，提出某些物質是通過兩層磷脂分子的翻轉攜帶進出細胞的觀點，就很值得人深思。

2.4 教師不僅要注意模型結果，更要重視模型建構的方法

在教學中，有些教師和學生拘泥于無足輕重的細節像與不像上，以形成一個具體化的模型為唯一的目的，這就背離了模型方法簡化、抽象出事物本質的要旨，弱化了模型建構法最重要的價值——培養學生的探究和創新思維。比如有教師在DNA多樣性教學中將全班學生排成一排，每人代表一種堿基，自由組合。課堂看似很熱鬧，但學生缺乏形象化之后抽象出思維的過程，使這個活動幼稚化為小學生玩的游戲，學生也很難獲得思維的訓練。

3 模型建構法教學當前存在的問題和建議

3.1 對模型建構法的教育價值和意義認識不足

目前有許多教師仍然習慣于傳統“灌輸式”教學，認為這些知識不借助模型，同樣也可以講授，建構模型太耽誤時間。這一方面與教師沒有充分認識到模型的價值和功能有關，一方面也與學校資源的缺乏及高考導向有關。實際上，“磨刀不誤砍柴工”，“授人以魚不如授人以漁”，讓學生們掌握模型建構的方法，自主建構概念，效果比教師的反復灌輸要好得多。同時由于目前高考試題考查仍然以知識點為主，如果能進一步優化評價機制，更加注重方法、能力、核心素養的考查也能有效促進模型建構法教學的實施。這實際上也正是高考改革的方向之一。

3.2 教師的理論儲備不足，疏于實踐

很多教師缺少模型建構教學的相關理論知識， 缺少對模型建構教學在生物教學中如何運用的思考，不會用也不敢用模型建構法實施教學。這就需要教師主動學習，及時更新自己的理論知識，勇于實踐，勤于實踐，尤其是隨著教學信息化的推進，更加有利于模型教學的實施。

3.3 教師拘泥于教材，以本為本

在建構模型的時候，有些老師完全拘泥于課本的要求、方法和材料，不能根據教學需要恰當應用。如用樣方法調查種群密度時，筆者沒有按照教材安排野外實踐，而是選擇易得的大米和綠豆混合來進行實驗，取得了非常好的教學效果。

總之，模型建構法有利于培養學生生物學科核心素養，對于實現教育的根本目標——育人有著深遠的價值和意義，但目前其在高中生物教學領域的應用，尤其是實踐方面的應用，仍處于摸索階段，教師任重而道遠。

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