構建生物模型 培養科學思維
——高中生物教學中生物模型的構建和應用策略

金傳艷

(江蘇省灌云高級中學 222200)

1 高中生物模型與課堂教學研究

1.1 生物模型概述

簡言之，模型就是對某一研究而進行的具象化、簡化描述.具體來說，模型主要包括：元素、關系、操作、規則，屬于一個概念系統.可以說，模型是一個工具，或者是一個媒介，可幫助人們對某一現象進行描述、解釋或者預測.生物模型就是將生物學研究原型中的一些非本質、次要的聯系舍取，最終將生物原型，或者能突出反映原型的主要特征、聯系的一種理想物質、過程或者假象結構.

針對生物學科來說，最為常見的生物模型主要包括：物理模型、數學模型、概念模型、圖示和圖模型等.其中，物理模型屬于實物模型，是一種裝置，可按照比例的大小，制作模型.包括：心臟模型、人腦模型等；數學模型主要是那種能夠表示數學關系、數學性質的方程式，應用的數學圖表等.如：種群增長“J”型曲線模型；概念模型主要是對概念進行歸納和整理，最終借助知識結構體系圖將其呈現出來，包括：概念圖、思維導圖等；圖示和圖表模型主要是指對概念進行描述的圖形、圖表模型，如：有絲分裂過程圖畫，運用表格的形式將主動和被動運輸的特點表示出來.

1.2 生物模型在高中生物課堂教學中的應用價值

首先，有助于喚醒學生的生物學習興趣.長期以來，由于高中生物課堂呈現出極強的“應試性”，在這種教學模式下，學生的生物學習興趣低下、對生物學習關注明顯不夠等.而通過生物模型的應用，學生在構建模型的過程中，經歷了一個完善和修復的過程，最終在構建生物模型的過程中，強化了生物概念的認知，并逐漸形成了系統化的知識體系；另外，通過生物模型在課堂中的應用，也徹底打破了傳統課堂的限制，喚醒了學生的生物學習興趣，以及自信心，為高中生物的高效學習奠定了堅實的基礎.

其次，有助于培養高中生的科學思維能力.在高中生物核心素養下，高中生物教師在開展課堂教學時，還應引導學生在學習中形成一定的科學思維能力，旨在實現學生的全面發展.通過生物模型在課堂教學中的應用，不僅給學生帶來了更加新穎的學習體驗，也促使學生在構建生物模型的過程中，對所學的生物知識進行了加工和整合，最終經過科學探究這一過程，促進了思維能力的發展.

最后，有助于強化學生的自主學習.伴隨著素質教育的發展，高中生物教師在日常教學中，還應培養和發展學生的自主學習能力，旨在實現學生的全面發展.鑒于此，通過生物模型在教學中的具體應用，不僅提升了生物課堂的學習效果，也促使學生在學習的過程中，逐漸掌握了科學的學習方法，循序漸進提升了學生的自主學習能力.

2 高中生物課堂教學中，生物模型構建和應用策略分析

2.1 構建結構模型，強化觀察和分析素養

為了降低學生的學習難度，加深生物知識的理解，就可充分發揮結構模型的價值，將原本枯燥且抽象的生物知識簡單化、形象化，以便于學生在直觀地感知中，完成生物知識的高效學習.例如，在“生物細胞知識”的教學中，由于這一部分知識點非常抽象，學生在學習中常常難以理解.面對這一現狀，在優化課堂教學的時候，就可充分借助生物模型這一工具：先給學生提供了一段生物知識內容：“一個成人大約有100億萬個細胞，而這些細胞都源于一個細胞”.接著，基于這一段生物知識，向學生提出問題“人類為什么會擁有這么多的細胞？為什么細胞這么小？”如此一來，最大限度喚醒了學生的學習欲望，集中了學生的注意力.接著，還是引導學生進行模型構建，將細胞設計為一個立方體，使其邊長分別為2、3、4、5cm，并指導學生利用所學的知識，計算其表面積.之后，結合計算的結果，使得學生在頭腦中，對細胞的大小形成了基本的概念.如此，通過結構模型在生物課堂中的應用，使得原本抽象的生物知識，變得更加生動、直觀、形象，顯著降低了學生的理解難度，也促使學生在直觀地感知中，高效達成了知識、思維等目標，落實了學科素養下的教學目標.

2.2 構建生物概念模型，厘清知識點內在聯系

針對高中生物這一學科來說，其中包含的知識點，繁多且復雜，尤其是概念性的知識非常多.學生基本上都是通過死記硬背的方式進行記憶，難以在學習中實現知識的融匯貫通.另外，在這種機械記憶的學習模式下，學生的學習效果基本上都是短暫的，難以形成永久的記憶，甚至出現混淆等現象.面對這一現狀，為了高效達成教學目標，培養學生的科學思維能力，就可借助生物概念模型這一工具，將其融入到生物課堂教學中，并圍繞生物概念，將其內涵、外延等進行明晰地闡述，最終幫助學生構建一個系統化的知識網絡.例如，在“有氧呼吸過程”的學習中，為了幫助學生形成系統化的知識體系，教師就借助了生物概念模型，引導學生圍繞有氧呼吸的三個階段的反應時進行總結，并依據歸納的知識，將有氧呼吸過程中涉及到的反應物、產物等寫出來，并構建成知識網絡；之后，再合理安排建模中各個組成的要素，并將與其相關的文字信息填寫上去，包括：酶、能量、反應階段和反應場所等，最終繪制出一個為完善的概念知識網絡圖.如此，通過生物概念模型的應用，幫助學生形成了一個系統化的知識體系，強化了概念的深層次認知和理解，最終形成了生物大概念.

2.3 構建實物模型，強化學生空間想象素養

實物模型在高中生物建模中尤為常見，主要是借助實物的形式，歷經生物知識發生過程、結構特征的直觀表達.尤其是針對生物知識點來說，借助簡單、直觀的生物模型，可將復雜、抽象的生物知識進行轉化，使其變得更加直觀化、形象化，最大限度降低學生的學習難度.同時，借助生物實物模型這一工具，可將生物教材中平面的圖片進行轉化，使其成為立體化、形象化，有助于學生在學習中逐漸形成極強的空間想象素養，滿足生物核心素養下的教學目標.例如，在“生物膜流動鑲嵌模型”的教學中，唯有強化學生學生的學習效果，就借助了實物模型這一工具，以紅色的粘土表帶磷脂分子的頭部，以火柴棒代表磷脂分子的尾部，借助白色的粘土表示蛋白質，綠色的粘土代表糖類.在直觀地實物模型中，學生可直觀構建其細胞膜的流動鑲嵌模型.如此，借助實物模型，可以將原本復雜、抽象的生物知識直觀、形象地展示出來，促使學生在學習的過程中，形成了較強的觀察素養、空間想象素養等，為培養和發展學生的科學思維奠定了堅實的基礎.

2.4 構建過程模型，實現高效學習

結合高中生物學科的特點來說，主要是探究生物活動的規律，或者是生物能量流動的機理等.這些內容常常處于動態的變化之中，會隨著能量或者生活的數量出現動態性的改變，學生在學習中常常面臨著抽象難懂、無法理解等現象.面對這一現狀，在優化課堂教學的時候，就可借助過程型模型，引導學生利用過程模型，將生物活動規律、生物能量流動機理這些知識點動態化地展示出來，以便于學生在動態化感知中，深刻理解相關知識.例如，在“能量流動”的相關知識教學中，由于“食物鏈中流量流動”存在一定的動態變化性，為了強化學生的學習效果，就緊緊圍繞這一知識點，借助問題引導的方式，引導學生以“草(生產者)、兔子(第二營養級)、狐貍(第三營養級)、老虎(最高營養級)”這一食物鏈為中心，使得學生結合所學的知識，明確：食物中的能量除了向下一級進行流動之外，還會通過呼吸、排泄的方式散失掉.因此，借助這一過程模型，學生就可對“能量流動”這一動態化的知識點形成深刻地感知，明確在生物系統中能量的流動方向、能量的效率和方式等.如此，不僅提升了學生的學習效果，也強化了學生的生物核心素養.

2.5 構建數學模型，促進本質規律探究

面對生物核心素養下的要求，教師唯有摒除“知識型”的教學模式，帶領學生在生物知識學習和探究的過程中，發掘生物知識的本質，以及其中蘊含的規律等，進而促使學生在知識探究的過程中，形成一定的科學思維和素養.而要達到這一目標，高中生物教師唯有摒棄傳統的課堂教學手段，引導學生在生物學習的過程中，靈活運用曲線、公式、表格等數學模型將其呈現出來，進而借助數學模型這一工具，總結和歸納生物知識的特點，理解其中蘊含的規律等.例如，在“酵母菌種群數量變化規律”的教學中，為了帶領學生更好地探究知識本質規律，強化自身的科學思維，在教學中就借助了數學模型這一工具：首先，結合本章節的內容，利用酵母菌發酵制作這一現象給學生創設情境，引導學生在視頻觀察中，思考“培養液中的酵母菌種群數量是如何變化的？”之后，教師引導學生結合所學的知識，對其作出合理的假設、并列出出來；之后，引導學生展開實驗，結合實驗數據，構建一個坐標圖，用x軸代表時間，用y軸代表種群數量，并結合實驗數據，將具體的變化曲線圖表示出來.如此，通過這一數學模型，可促使學生在直觀的曲線變化中，探究酵母菌中群數量的變化規律，最終完成生物知識的高效率學習.另外，學生在實驗觀察、數據處理的過程中，也逐漸提升了自身的歸納綜合、演繹推理等能力，滿足了生物核心素養下的學習要求.

綜上所述，生物新課程改革、生物核心素養的提出，呼喚生物教學改革，教師唯有摒除傳統的教學模式，構建一套與其相契合的新型教學手段，才能在激發學生生物學習興趣的同事，促進生物核心素養的有效落實.鑒于此，唯有立足于生物模型的特點，結合不同的生物教學內容，構建不同的生物模型，最終在生物模型的引導下，高效達成生物知識、能力、思維等多重目標.