基于核心素養的高中生物模型構建

蔣桂軍

[摘要]

核心素養培養是高中教育教學改革的重點。生物學核心素養的培養在高中生物模型構建中多有體現。立足概念模型、物理模型和數學模型，建立體系、發現規律、揭示本質，可有效培養學生的核心素養。

[關鍵詞]模型構建；核心素養；高中生物

[中圖分類號]G633.91[文獻標識碼]A[文章編號]16746058（2018）08008202

高中教育教學改革的重點是培養學生的核心素養，核心素養主要是培養學生的創新能力、實踐精神、高度的社會責任感和社會適應能力等。生物學核心素養主要是指生命觀念、理性思維、科學探究和社會責任。

生物學

核心素養的滲透在模型構建中多有體現。作為高中生物教師，應基于核心素養培養理念，做好高中生物模型構建的引導工作。

一、構建概念模型，建立體系

概念模型的特點就是簡潔明了，直觀地揭示事物的本質。

利用概念模型能通過以文字、圖示、符號、箭頭等組成的模式圖或流程圖，對事物的生命活動過程和規律、機理等進行闡述，有助于學生建立知識體系。

例如，在必修1“ATP的主要來源——細胞呼吸”的教學中，教師可在學生預習的基礎上，首先引出細胞呼吸的定義，并展示能量轉換過程（光能—ATP和NADPH中活躍的化學能—有機物中的化學能—用于生命活動的能量和熱能）的示意圖，引導學生思考：這些能量的轉化分別由哪些細胞功能實現？（主要是光合作用和呼吸作用；呼吸作用分為需氧呼吸和厭氧呼吸）然后讓學生閱讀書上的圖示和文字。書上的圖示也是概念模型的一種，可幫助學生了解不同反應步驟發生在細胞的哪個部位，而我們不僅要讓學生掌握反應發生的部位，還要讓他們了解反應過程中物質的變化。在需氧呼吸中，第一步，葡萄糖初步分解：C6H12O6酶2CH3COCOOH（丙酮酸）+4[H]+少量能量；場所：細胞溶膠中。第二步，丙酮酸分解：2CH3COCOOH+6H2O酶6CO2+20[H]+少量能量；場所：線粒體基質。第三步，[H]與氧結合形成水：24[H]+

6O2酶12H2O+大量能量；場所：線粒體內膜。然后由三個反應式得到總反應式：C6H12O6+6H2O+6O2→6CO2+12H2O+能量。而在厭氧呼吸中，第一步與需氧反應相同，第二步根據生物種類不同分為兩種，即酒精發酵：C6H12O6酶2C2H5OH+2CO2+少量能量；乳酸發酵：C6H12O6酶2C3H6O3+少量能量。厭氧呼吸的實例很多，如大多數植物都是酒精發酵，動物、乳酸菌、馬鈴薯塊莖、甜菜塊根等是乳酸發酵。這樣用化學公式的模式圖展示生物學反應中的物質轉換，并在公式上下或者箭頭上適當加上關鍵字，把細胞呼吸的知識點都融合在這些方程式中，方便記憶。

之后在學習光合作用時，教師可讓學生參照細胞呼吸的學習方法自己構建概念模型，以流程圖形式將知識點具體化和集中化，讓學生在動手動腦中更加細致地掌握概念知識，體會概念模型的優點。

二、構建物理模型，發現規律

物理模型就是用等比的實物或者圖形呈現物體的三維立體結構。教師要充分利用物理模型，幫助學生更好地認識物體的結構特點，教師還可帶領學生制作模型，這樣學生印象會更深刻。物理模型一般與實物很像，只是根據需要對比例做一定的調控。

例如，在高中生物必修1《分子與細胞》的“細胞的增殖”一課中，主要介紹了細胞增殖的方式——有絲分裂，及其在各個階段細胞體內染色體的形態數量的變化規律。為了便于學生理解，可以采用兩種教學方法。第一種，實物演示。在講染色體的變化時，教師事先準備好小紙條和圖釘，首先在黑板上畫一個圓，拿出兩個小紙條放在圓內，分別標上A1、B1，代表細胞分裂的G1期、G2期；在A1、B1旁邊各加上同樣大小的紙條，標上A2、B2，表示由A1、B1復制得來。前期時，將A、B兩組紙條對折縮短成“X”形，先用圖釘固定，并用粉筆從圓兩端畫線，即將其連接到圖釘，表示染色質變染色體，兩端發出紡錘絲。中期，細胞兩端各有一個圖釘，發出線連接在釘紙條的圖釘上，中間兩個圖釘平行排列，表示紡錘體形成，紡錘絲牽拉著絲點使所有染色體平行排列在“赤道板”。后期，A、B兩組紙條中各分出一條，由圖釘固定在近圓兩端，線依然存在，圓一分為二但不完整，表示染色體分裂成染色單體，每一條向一邊移動，細胞變形即將分割。末期，形成兩個與初始細胞相同的細胞。表示細胞一分為二，分裂完成。這是運用實物模型的教學方法。第二種，播放細胞分裂時染色體行為變化的動畫，這是圖畫形式的物理模型。關于細胞分裂的考查題目，大都跟不同時期染色體數據變化有關，這要求學生對于各個時期的染色體的數量變化熟記于心。只有運用物理模型，進行小基數的演示，把細胞分裂過程直觀地、清晰地刻畫在腦海中，在做題時，學生才能熟練地進行大基數的轉換。

有了這一次的實物演示經驗之后，學生在學習減數分裂時也可以采用同樣的方法構建物理模型，排除其他干擾因素，只對本質的變化做到熟練掌握，在今后的學習中，再圍繞核心知識補充發揮，組成合理的知識網絡。學生在這過程中學會科學的探究方法，抓住了本質，掌握了規律，提升了核心素養。

三、構建數學模型，揭示本質

數學模型是指用公式、函數、柱形圖、曲線圖等形式展現實驗數據或變化規律的一種模型。在高中生物教學中，應用數學模型可幫助學生尋找規律，揭示本質。

在高中生物中有多處涉及數學模型的構建，如在學習種群時，種群數量增長特征的兩個曲線圖——“S”型曲線圖和“J”型曲線圖。其中“J”型曲線圖充分展現了在理想環境中，動物數量無限制瘋狂增長的特征；“S”型曲線圖表示在現實環境中種群數量的變化特征，還反映了種群數量開始時因資源充足，呈“S”形增長，達到最大增長速率時，由于競爭關系和資源限制，增長速度變慢，最后速度幾乎不變，此時種群數量也達到最大。“S”型曲線更具有實際意義，且圖中的典型點代表不同的含義，清晰顯示了種群數量變化的規律，更便于理解記憶

。

又如，在酶的學習中，對于酶活性影響因素的探究實驗是重點。酶活性是通過酶促反應底物的變化體現出來的。在底物濃度因素的探究中，根據實驗數據繪制的曲線圖，可以看出在一定酶濃度下，當底物濃度低時，反應速度是正比增長的，在底物濃度達到一定值后增加底物濃度，反應速度不再增加，說明酶催化具有一定的飽和度。而酶活性受pH影響的曲線表明，酶的種類不同，pH對酶促反應的作用是不同的，酶在最適pH下才有最高的活性。酶活性受溫度影響的曲線顯示，隨著溫度升高酶促反應速度先快后慢，說明在一定范圍內，溫度促進酶促反應，超過某個溫度，酶變性，活性降低，酶促反應變慢。通過曲線圖，可清晰地呈現酶活性受底物濃度、溫度、pH的影響，引發學生對速率變化原因的思考。這樣將主要知識點集中在幾張圖中，便于理解記憶。數學模型不僅以曲線圖的形式出現，還以表格運算形式出現在生物學中。如在

學習

自由組合定律時，把基因型用字母替代，通過表格運算，組合得到不同的基因型。

數學模型真實地、系統地、全面地反映客觀現象和客觀規律，在建模時要把本質東西及其關系反映進去，去掉不重要的部分。數學模型簡單可操作，方便數據采集。通過數學模型的構建，在掌握了生命概念和基礎生命活動的前提下，可培養學生的理性思維，提高學生分析數據的能力。

綜上可知，通過核心素養的培養，讓新一代成長為知識豐富、適應社會、符合國際化要求的人才。對核心素養的重視體現在生物課本中的很多地方，教師要注意挖掘與強化運用，以培養學生的核心素養。

（責任編輯黃春香）