在生物教學中用模型培養理性思維

■張云柏

課程標準指出：“義務教育階段的生物課程既要讓學生理解基礎的生物學知識，又要讓學生領悟生物學家在研究過程中所持有的觀點以及解決問題的思路和方法。”因此，初中生物學科教學不僅要讓學生識記若干知識，還要培養學生的價值觀，更要發展學生的理性思維能力。如何讓學生能夠主動地掌握并運用生物學知識，理性地判斷、分析、思考，發展學生的理性思維能力，培養學生的生物學核心素養，是所有生物教師要著力研究的重要課題。筆者結合實踐和思考談談在初中生物課堂教學中運用模型方法培養學生理性思維的認識。

理性思維是一種基于證據和邏輯推理的思維方式，它是“依照邏輯推理而不是依照情緒或感覺來行事”，即理性思維強調的是邏輯指引下的思考過程。模型方法是研究者將抽象的、不可測的事實或過程借助身邊的材料、用具或應用數學方法、圖像等加以描述、概括總結的一種活動。利用模型來描述生物學規則可以讓學生從龐雜的生物學事實中找到可以用來分析解決問題的“生物學邏輯”，對學生了解生命運行的規則非常有效。基于生物學模型的理性思維培養是培養學生核心素養的有效方式。模型大體上可以分為實體模型、數學模型和概念模型等幾類，教學中要重視實體模型建構，更要著力挖掘構建簡單的數學模型和概念模型來培養學生的理性思維。

1.利用實體模型培養學生的理性思維。

實體模型是指生物體結構標本、教學模型等實物或結構圖，它能直觀地展現生物體結構原形，表達認識對象的特征，利于學習者直觀了解生物體的形態結構，分析理解掌握有關功能，發展學生的理性思維能力。初中生物教學中，一是用足用好學校現有的教學模型。一般的學校都配備有大量的教學模型，如植物細胞結構模型、動物細胞結構模型、根尖的結構模型、雙子葉植物莖的結構模型、葉片的結構模型、人體心臟的結構模型、人體腎臟的結構模型、眼的結構模型、DNA分子結構模型等。教師要充分利用這些模型，加強直觀教學，使學生通過對實體的觀察，留下深刻印象，牢固掌握有關結構知識；同時要引導學生認真分析有關結構，從結構與功能相統一的關系，理解掌握相應的功能，培養學生的理性思維。二是可制作簡單的教學具模型。一方面教師要能制作教具，豐富教學資源，提高教學效果；另一方面教師要指導鼓勵學生制作學具，加強學生對知識的理解掌握，培養學生的理性思維。如在“呼吸運動”教學時，教師可先組織學生觀察“呼吸過程中膈和肺的變化示意模型”，指導學生分析、識別圖中的各結構，總結歸納呼吸過程中膈和肺的變化關系，再讓學生動手制作呼吸過程中膈和肺的變化示意模型，這樣不僅有效發展了學生的理性思維能力，也培養了學生的實踐創新意識和動手操作能力。三是加強結構圖教學。教材中有豐富的圖片資料，絕大多數是生物結構圖，教師不僅要指導學生識圖，更要指導學生繪制一些簡單的結構圖，通過圖形的分析、繪制，有效培養學生的理性思維能力。

2.建構數學模型培養學生的理性思維。

數學模型是用圖表、圖像、框圖、數理邏輯等來描述系統的特征及其內部聯系或與外界聯系的一種結構，它將現實世界的原型抽象出來，完整系統地呈現事物本質，它是分析、解決實際問題的基礎。教學中不僅要挖掘構建簡單的數學模型，還要指導學生觀察、分析有關模型，切實培養學生的理性思維能力。

學生學習了“人體淀粉、脂肪、蛋白質消化過程”有關知識后，教師可構建淀粉、脂肪、蛋白質三者在消化道中含量變化曲線數學模型（如圖1），指導學生運用所學的知識類比、歸納、識別三種物質，不僅使學生能深刻理解掌握營養物質消化的有關知識，還能培養學生的知識遷移能力和理性思維。

圖1

在“人的生長發育和青春期”一節的教學中，在學生學習了有關青春期發育的知識后，教師可構建男、女生殖器官發育趨勢數學模型（如圖2），讓學生運用所學的有關知識分析、判斷、推理圖中A、B所表示的結構是卵巢還是睪丸？鞏固所學知識，訓練學生的理性思維。

圖2

在“生物進化的學說”一節教學中，教師在組織學生學習了達爾文自然選擇學說主要內容后，可構建自然環境中某種生物類群（如鹿群）數量變化曲線的數學模型（如圖3），指導學生根據達爾文自然選擇學說的有關內容，分析判斷圖中曲線，培養學生理性思維。

圖3

3.建構概念模型培養學生的理性思維。

概念模型指以文字表述來抽象概括出事物本質特征的模型。教學中要挖掘知識的內在聯系，加強圖文轉換，進行概念模型建構，并切實運用模型解決生產生活中的實際問題，訓練學生的理性思維。

在“人體的血液循環”一節教學中，涉及人體血液循環的過程，教師可組織學生自主學習教材內容及播放人體血液循環視頻后，讓學生用“→”表示人體血液循環大致過程，構建人體血液循環過程概念模型（如圖4），并讓學生以此模型為“參考系”，在新的情境中進行理性地演繹推理，解決遇到的生物學問題（如血液從主動脈到右心房流經的路徑、從手背靜脈輸液輸入的藥物治療同側上臂燙傷的路徑、淀粉經消化吸收后的循環路徑分別是A.肺循環、B.體循環、C.肺循環→體循環、D.體循環→肺循環中的哪一種？還可進一步構建如圖5所示的器官與血管關系概念模型，圖中X表示人體某器官，①、②表示血管，箭頭表示血流方向，進一步引導學生根據上述人體血液循環過程概念模型，通過變換圖中器官或血管的名稱，讓學生分析判斷血管或器官的名稱），鍛煉學生的知識運用能力和理性思維能力。

圖4

“植物呼吸作用”基本過程的教學，教師可先指導學生自主學習教材中的文字內容，合作討論書寫植物呼吸作用反應式，構建如下植物呼吸作用概念模型：

有機物（儲存著能量）+氧氣→二氧化碳+水+能量（有所呼吸）

有機物（儲存著能量）→二氧化碳+酒精+能量（酒精呼吸）

再讓學生根據上述植物呼吸作用概念模型解決生活和生產實踐中的生物學問題。

由此可見，生物學模型的建立有助于學生形成對重要生物學概念和過程的清晰理解，讓學生客觀、準確、理性地形成對生物學概念等的認識，有效訓練學生的理性思維。

圖5

結語

培養學生的理性思維對于學生的終身學習和終身發展至關重要，生物教師在日常教學中，要充分運用問題驅動方式，指導學生分析模型，幫助學生建構模型，培養學生良好的學習方法與習慣，不斷發展學生的理性思維。同時，更要積極探尋發展學生理性思維的新方法、新思路，切實使學生在掌握基礎知識、發展基本能力的過程中逐步形成相對穩定的思考問題、解決問題的思維方法和價值觀，不斷提高學生的生物學科核心素養，努力培養適應現代社會進步和時代發展要求的社會主義建設者和接班人。