淺析如何借助生物模型發展中學生高階思維升華學科素養的策略

陶敏

摘 要：文章圍繞中學生物學科核心素養，將生物模型融入課堂教學，培養學生的分析能力、概括能力和邏輯思維能力，同時引導學生初步形成結構和功能相適應的觀點，并由此將學生既有知識和認知提高到一個新的高度，有效發展學生的高階思維，提高學生的科學素養，真正做到“為思維而教”。

關鍵詞：初中生物;結構與功能;模型建構;思維

初中《科學課程標準》指出，7～9年級的學生正處于由具體形象思維向抽象思維轉變的一個重要階段。因此，在教學過程中，教師應重視學生科學思維的培養，注重引導學生思考事實依據和科學結論之間的關系，使學生逐步形成質疑、反思等科學思維習慣。

正所謂“心靈必須通過理性，運用思維，以思維為工具，才能在認知過程中獲得真知”。

初中科學作為一門綜合性學科，生物是研究自然界中生命運動最基本、最普遍的規律。對于復雜的問題，我們會把復雜的問題分解成若干個比較簡單的問題，進行各個擊破?；谶@樣的一個思維過程，我們可以在初中科學的教學過程中，引導學生自主建構模型?，F代教育理論認為，模型是問題情境中的實體、符號或抽象表征的過程和產物。利用模型進行初中生物的教學，有助于幫助學生推理和解決問題，借助觀察模型，學生能夠描述一些難以直接觀測到的結構、系統或現象，實現由具象的模型感知到抽象的概念認知的遷移。

血液循環是初中生物教學的難點之一，也是中考考查的重點。文章以“血液循環”專題復習為例，將模型建構引入初中科學學科的課堂，讓學生自主建構血液循環模型。利用模型，學生得以解決物質在人體內運輸的一系列問題，達成復習目標，同時亦能培養學生動手操作、合作探究和語言表達等能力，培養學生學科核心素養。

一、 思維導圖，挖掘思維深度

浙教版的“血液循環”內容安排在九年級上冊第四章第三節《體內物質的運輸》。本課是對學生之前所學知識的梳理與歸納，旨在讓學生認識到人體是一個多系統統一的整體。因此，本課也可以視作是學生學習生物過程中不同知識點之間的聯系和延伸。經過前三節內容的學習，學生已對生物知識有了一定的積累，初步領會到了生物學科“結構與功能相適應”這一重要學科思想?；谏鲜鰧W情，本節課適合引導學生開啟“自上而下”的學習探究之旅。

從教材的編排來看，浙教版初三生物知識體系層次清晰：第四章《代謝與平衡》，重點講解了呼吸系統、消化系統、血液循環系統和泌尿系統等相關系統的協同作用，而循環系統是連接其余幾大系統的樞紐，它不斷地將氧氣、營養物質和激素等運送到全身各個組織器官，并將各個組織器官產生的二氧化碳等代謝廢物運送到腎臟等排泄器官，對于保證機體各項生理活動的正常運作有非常重要的意義。因此，在開展一整章的教學內容之前，教師可以將教材的編寫思路大致地告訴學生，指引學生在“探索旅途”之前先感知整章的“知識網絡”，讓學生帶著目的進行更加明確的探究。

在筆者以往的教學過程中，學生在形成血液循環系統與其他系統是一個統一整體的認識觀時非常難，大概念的缺失會使得學生在后續的復習過程中形成一些錯誤的認知。因此，在本章內容開篇之時，筆者便將人體部分生理活動示意圖（如圖1）展示給學生，并進行簡單的講解。筆者認為學生如果在一塊新知識學習之前沒有整體的意識，在新授課時學生會更關注知識點的學習，很難通過后期的復習將碎片化的知識點網絡化，筆者非常推崇“先見森林，后見樹木”的教學理念。當然，先讓學生見龐大的“森林”，不是要給學生一個“下馬威”，命令學生需要認真聽講才能將該部分內容學好、學精——灌輸性的學習由于缺乏總括性的目標，其最終只會如同一場走馬觀花的旅游，而難以達成教學目標。教學需要在尊重教材的基礎上，進行合理化創新，充分體現生物學科整體性的學科特點。

現代信息技術十分發達，學生的學習已不再單純依靠教師講授。未來的文盲不是目不識丁之人，而是指沒有掌握學習方法、不會主動學習、對未來沒有預見性的人。這也要求教師不斷學習，不斷“充電”，宏觀上教育理念要超前，微觀上教育教學方法要有遠見，要讓學生的知識體系中有“森林”，教師的教育教學方法中更要有“森林生態系統”，只有教師先將先進教學方法內化于心，才會在教學過程中外化于行。教師在進行“血液循環”專題復習之前，需要將與血液循環相關的核心概念、核心知識、核心能力、核心思想、核心方法細化于心，既給自身的教學提供重要的依據，也為學生的學習提供很好的導覽圖，可以用于課前的預習和課后的知識梳理。圖2為“血液循環”專題復習的課后知識梳理版思維導圖。教師要借助思維導圖，引導學生將復雜的生物知識串成線、織成網，將一個子系統較好地整體呈現，充分體現知識點之間的從屬、遞進關系。

二、 模型建構，理清知識脈絡

在科學課堂中，如果能讓學生充滿好奇心和求知欲，學生就能夠在教師引導下積極思考、自主建構知識、自主發現真理，那么科學課就會逐漸成為“高學習力、高創造力、高表達力”的課堂，進而讓課堂從教學走向導學，從被動接受走向主動發現、主動建構。模型的構建就是通過模型，抓住事物最主要的特征和功能，用簡化的形式再現原型中各種復雜的結構和功能，起到連接理論和應用的作用，便于幫助學生認識客觀世界中最本質的東西。而建構血液循環的模型，利用模型建構解決人體內物質運輸這一類問題，

使學生明白滲透結構與功能相適應，人是多系統統一的整體，本堂復習課中筆者采用的建模方法有結構模型（將抽象的概念直觀化）、概念模型（將零散的知識系統化）、數學模型（將邏輯的思維縝密化）。

根據皮亞杰的認知理論，人腦對事物的認識是從表象開始的。初中學生正處在形象思維偏強，抽象思維偏弱的階段。在教學中，

教師應盡量多地借助實物、圖片、掛圖、動畫等多媒體直觀手段，演示抽象問題，為模型的建立形成基礎;而且色彩鮮艷的畫面、具體生動、活動多變的事物、奇異罕見的現象最容易引起學生的興趣和注意。筆者教學設計的第一個環節是“觀看視頻，請你來做小小設計師”，視頻是“人造心臟”。這種“人造心臟”由兩個類似渦輪的新型離心泵組成，工作時能保持身體內血液不停地流動，完成血液循環。血液循環是比較復雜的過程，通過回顧所學知識，小組合作畫出血液循環路徑簡圖，教師再出示血液循環路徑模型，并引導學生相互點評和完善，復習心臟四腔的結構特點、血管、靜脈血和動脈血的區別，充分體現人工心臟結構與功能相適應的特點。通過這樣的方式，形象地說明了生物體的形態構造、生理特征，使教與學的過程“活”起來，進而激發學生的求知欲，培養學生的學習興趣。