基于“模型建構”的高中生物學科核心素養培養探究

戴金躍

摘 要：核心素養是指學生通過學習應具備的，能夠適應終身發展以及社會發展需要的關鍵能力和必備品格。隨著課程改革的不斷深入，培養學生學科核心素養已經成為廣大教育工作者的共識，如何依托學科教學培養學生核心素養，構建高效課堂成為每一位教師研究的重要課題。在生物教學中，利用模型建構促進學生思維品質、關鍵能力發展，有效提升學生生物核心素養的能力。文章結合筆者教學經驗簡要分析模型的概念以及模型的分類，重點探討模型在高中生物教學中的建構，借助模型建構教學提高學生生物核心素養。

關鍵詞：高中生物;核心素養;模型;思維品質;能力

一、 引言

模型建構是一種方法，也是一個過程。建立模型的過程是學生深度思考的過程，是有利于學生思維品質以及關鍵能力發展的。將模型作為一種研究手段，是人們認識世界以及塑造世界的一大創造。《普通高中生物課程標準》（以下簡稱《課標》）將模型思想界定為教學的重要思想，在高中數學、高中化學、高中地理、高中物理、高中生物等學科教學中廣泛應用。培養學生建立模型的能力，能夠幫助學生理解核心概念形態、特征，了解事物本質，逐步提高學生核心素養。可以說，模型建構是科學研究中的重要認識手段以及思維方式。《課標》明確了模型等科學方法在科學研究中的作用，同時也要求廣大教育工作者要注重培養學生建模能力以及模型思想。在生物學教學中，利用模型建構研究方法開展多樣化教學活動，讓學生主動成為知識的建構者，有助于促進學生生物核心素養的養成，提高課堂教學效率。

二、 模型的概念及其分類

模型是由元素、關系以及控制其相互作用規則組成的概念，外部特征進行體現，作為一種科學研究工具或者媒介存在的，能夠幫助學科研究人員描述或者解釋現象。高中生物教學中應用模型有利于將抽象知識具體形象化，便于學生理解和掌握，尤其是抽象概念知識，提高學生學習效率。研究者將模型分為尺度模型、數學模型、理論模型、概念與過程模型、圖表（圖像）模型等多種類型。生物教學中應用最多的就是概念與過程模型、圖像模型。當然，各種模型在教學中是交叉應用的，每一種模型類型價值和功能不同。比如生物知識中種群增長“J”型曲線模型就是在推理數學公式的基礎上形成的。概念與過程模型可應用于知識結構體系的構建和呈現，在生物概念教學以及知識復習中廣泛應用。圖表模型則是一種相對直觀形象的模型結構，用以描述概念、事物特征，例如細胞分裂過程就可以應用圖表模型，更加直觀形象地呈現重難點知識。

三、 基于“模型建構”的高中生物學科核心素養教學實踐分析

（一）構建圖表模型，激發學習興趣，培養學生社會責任素養

愛因斯坦說道：“興趣是最好的老師。”強調了興趣的重要性。學生只有對生物知識感興趣之后，才會主動積極地求知、探索、實踐，掌握學科知識。但由于高中生物教材中大部分內容都比較抽象，加上受教學環境、教學時間的影響，很難讓學生在課堂上進行直觀的觀察以及實驗探究，導致學生對部分概念知識難以理解，認為生物學習活動比較枯燥乏味，產生的感性認識不足，難以激發學生的學習熱情。針對此，教師不妨通過模型建構進行教學。例如，教學《細胞的基本結構》這一章節時，可以用多媒體展示細胞的結構模型圖，以直觀形象的圖形呈現細胞的結構及其組成器官，然后再進行細胞結構和功能教學，學生對知識的理解將會更加深刻;同時也可以鼓勵學課后自主繪制細胞基本結構模型圖，或者組織學生參加“制作真核細胞的三維結構模型”實踐活動，讓學生自己動手建構細胞模型，真實地體驗細胞結構，在體驗的過程中深刻感知每一個細胞結構的具體功能，在深化學生概念知識理解的同時幫助學生記憶細胞結構功能，避免學生“張冠李戴”。且這樣的教學活動也符合學生學習需要，能夠滿足學生興趣需要，讓學生真切地感受細胞的結構復雜而精巧，各種結構配合協調，使生命活動能夠在變化的環境中自我調控、高度有序地進行，間接發展學生熱愛生命、尊重生命、敬畏生命的社會責任素養。

（二）構建數學模型，掌握知識規律，體現出生物知識本質

高中生物教學過程中也會應用不少數學模型，這些數學模型充分體現了生物知識的本質，能夠幫助學生理解重、難點知識。例如，在《種群數量的變化》這一內容教學過程中，種群數量增長特征就可以用“S”“J”型曲線圖呈現。其中“J”型曲線圖體現出了理想環境中動物瘋狂增長的特征，如下圖2所示;“S”型曲線圖主要反映了現實環境中種群數量的變化，體現了原始種群增長與資源的關系，全面展示了種群數量變化，如下圖2（大草履蟲種群的增長曲線）、兩種數學模型都有利于生物知識本質的反映，能夠提高課堂教學效率。在教學過程中，教師還需要重點引導學生對比“J”型曲線和“S”型曲線的異同，讓學生認識數學模型構建的基本過程熟悉并掌握這種技能。又如在《酶的特性》這一內容教學中，為了引導學生學習pH值對酶活性的影響這一核心知識，教師可以給學生創設一個實驗活動，通過多媒體播放pH值對酶活性影響實驗的視頻，讓學生觀察實驗現象，通過現象總結物質特性以及規律：pH值對酶的活性有影響，pH值過高或過低都會抑制酶的活性。然后引導學生繪制一條關于pH值與酶的活性變化曲線，通過曲線圖直觀反映pH值對酶的活性的具體影響。

通過建構數學模型，更有利于直觀形象地呈現生物規律，幫助學生深刻認識事物本質。很多科學家在科學研究中都應用了數學模型思想，比如孟德爾、牛頓、愛因斯坦，教師在生物教學實踐中也要有意識地引導學生建立模型，借助模型學生物。

（三）建構知識體系，形成核心概念，培養學生理性思維

《課標》要求廣大生物教師要引導學生歸納概括、演繹推理、建立模型，并且運用批評性思維等方法探討生命現象以及生命規律，這是培養學生理性思維的重要方法。而模型與建構旨在培養學生學習能力，作為一種學習方法，有利于發展學生歸納概括、演繹推理能力。如下圖3所示，直接反映了種群數量的特征概念，清晰地體現了不同概念之間的關系，同時也突出了核心概念。在生物教學過程中，教師有意識地引導學生建立如下圖所示模型，直接引導學生推理演繹、歸納概括，促使學生理性思考和探索，潛移默化地促進了學生生物核心素養發展。