生物模型促進學生學科素養提升

谷會穎

生物學科是實驗論證的學科，規律和方法都是通過探索的方式獲得。在課程改革的背景下，生物的學科教學方式和學生的學習方式進一步邁向了科學研究的道路。教師不僅能夠傳遞給學生知識，重要的是還要教會學生觀察生活的方法，更重要的是培養學生科學的思維方法。想要進行有效的引導，需要教師具備正確的教學觀，促進學生的全面發展，將課堂教學諸要素進行有機統一，體現學生的主體性、教學生成性和學習方式的協作性，遵循教學的客觀規律。

生物學科具備如下特點：

● 理論性、知識性強，知識點龐雜，需不斷積累。

● 應用性、實踐性強，與生產、生活聯系密切，具有很強的實用性。

● 學習途徑廣泛，不局限于課本。

● 具有發展性。很多生物理論是不斷發展的，提出假說—驗證假說—提出新的假說—驗證新的假說，具有發展的觀點，避免絕對化。

● 注重觀察與實驗，實驗操作動手能力非常重要。

如何將生物模型設計與制作同生物教學相結合，我在以下生物課程教學中進行了嘗試。

生物多樣性

在講到生物多樣性時，強調生物能通過多種形式適應環境，如形態的變化、顏色的變化、行為的變化等方面。教材雖然會給出一些圖片作為案例，但是距離學生的生活比較遠，學生很難有真切的感受，因此我要求學生分幾步學習，以下以鳥類知識的學習為例說明。

● 將圖片打印后發給學生，要求學生對圖片中鳥類身體的頭、喙、頸、腳、身體的長度進行測量，通過比例的形式表現鳥身體不同部位的長度。

● 查詢鳥類生活的環境，以及不同鳥的食性，把生活在同一環境中的鳥放在一起，把食性相同的鳥放在一起，分別觀察鳥類身體的特點和行為的共同點。

● 分析鳥類的身體和行為特點如何與環境相適應，如涉禽在岸邊行走捕食水中生物，有“三長”的特點；陸禽善于行走，腿比較強健等。

● 根據鳥的特點用不同的材料進行設計和模仿，如用輕黏土制作鳥身體的一個部位。在制作過程中，“像”與“不像”其實就是結合了數學的測量與美感的辨別。

這樣，通過前期測量，結合生物學知識，加入工程設計元素，結合自然美感，最終形成了鳥身體上的不同結構的模型。

生物演化

生物演化是以時間尺度為標準的，在不同時間，不同的生物出現和滅亡了，生物也不斷出現變化。其中有個名詞學生非常感興趣——協同演化。學生很難理解物種之間是如何“協同”的，于是我用如下的方法讓學生理解。

● 找到一些生物之間共生關系比較密切的物種。

● 對物種的身體進行測量，找到它們的“榫卯”結構。

● 模擬它們的形態。

● 模擬它們的契合關系。

● 適當改變比例，觀察是否還能契合。

● 與自動化程序Arduino單片機相結合進行判斷。

在此過程中，既是生物工程化的體現，同時加入智能控制元素，能夠自行判斷是否真的具有協同匹配的特點，從而引起學生的興趣，學生也加深了在這方面的理解。

綠色植物

每當講到生物圈中的綠色植物，學生都希望利用顯微鏡進行觀察，但是學生卻提出“很難固化所看到的顯微鏡中的情景”的問題。此外，像現實中植物的雙受精作用、葉片結構等問題也都過于抽象，很難理解。因此我提議首先要了解實際生活中植物的狀態，以及植物和植物體結構的基本知識；其次按照步驟分別對不同時刻的植物生理行為進行“重現”。如植物雙受精作用：①先模擬花粉落在柱頭的樣子；②模擬花粉管的萌發；③模擬花粉的第一次分裂；④模擬繁殖核的分裂；⑤模擬精子進入胚珠后雙受精的過程。在此過程中，學生不僅感受到植物雙受精的過程，還間接地復習了雌蕊的結構（包括胚珠內部結構）等方面的知識。從而更加形象地體驗了植物雙受精這個重要的知識點。同理還可以應用在細胞分裂、物質運輸等知識點。

人體循環系統

人體的循環系統比較復雜，學生經常會“丟三落四”，總會忘記其中的某些環節。利用STEAM方式，幫助學生重建人體循環系統，進一步認清血液流經的部位及血流的方向。相比于標本，親自動手制作模型能幫助學生感受不同器官的比例、血流方向、組織的質地等，并夯實原有的知識基礎。學生的制作一方面鞏固學習的成果甚至解決學習中的疑問，另一方面也鍛煉學生的動手能力，加強學生測量—設計—制作—改進—實現功能—完善美感—理解知識的過程。

在此基礎上，學生成果也被應用于各種展示活動，如全國科普日、北京科技周、城市科學節、科技嘉年華、北京市金鵬科技團展示等，得到專家和觀眾的一致好評，還能有機會與專家面對面溝通和交流，改善和提高。