核心素養下高中生物教學中物理模型構建的研究

岳敏娟

摘 要：本文主要以高中生物教學作為切入點，對物理模型的概念以及種類進行了簡要敘述，細致分析了高中生物核心素養，對高中生物課堂教學中物理模型建立的重要性及其原則進行了說明，最后從多個角度深層次剖析了核心素養下高中生物教學中物理模型構建的策略。以期通過本文的論述，使得學生可以在實際開展高中生物知識學習的過程當中，通過物理模型的建立，更加直接并且具體地掌握生物知識，從而促使他們在對課程重難點內容進行了解的同時，減少生物知識學習的困難，對生物學基本概念加以了解，實現自身核心素養的提高。

關鍵詞：? ?核心素養；高中生物；物理模型；模型構建；教學運用

在當前新課程變革的環境下，核心素養成為所有課程教師更加重視的方面。在新課程標準中，需要教師在課程中培養學生的核心素養，以發揮出課程的教育意義，促進學生的整體素養得到提高。同時，也會要求學生具備相應的生物學問題研究能力，其中包含實驗調查、建立模型等科學探究方法。而對模型的構建來說，屬于高中生物新課標教學中的難點，也是高中生物教學的重點。隨著當前素質教育的不斷推進，有很多高中生物教師會注重在對教學質效進行提高的過程中，實現學生核心素養的發展。物理模型屬于一種新型教學手段，可以將生物學中的抽象知識轉變得更為直觀。因此，教師在實際開展生物教學的過程中，需要以核心素養為基準，結合實際教學內容進行物理模型的構建，從而激發他們的物理學習積極性，增強他們對知識點的掌握，達到學生課堂學習效果的提高，使得學生可以梳理知識體系，得到綜合能力的提升。

一、物理模型概述

（一）概念

對物理模型來說，主要是以圖像或是實物的方式，對認識對象基本特征加以形象表示的一個模型。通常，物理建模能夠對較為宏大或是細小實體的三維構造進行描述，能夠助力于學習者更加直接并且形象地對微觀知識或者三維構造進行了解。它最突出的特點就在于先對很難直接看到的特征加以簡化，并使之對其特點加以掌握。然后，再把特點以物理模擬的方式加以直觀化和形象化[1]。

（二）種類

從結構特性角度來分類，物理模型中不但會包括以真核細胞的三維結構模型為代表的靜止結構模型，還包括以減數分裂中的染色體變化模型為代表的動態過程模型。

二、高中生物核心素養

就高中生物學習而言，屬于自然科學課程當中的核心，最重要的就是對生命科學基礎知識點加以精要的介紹，以對自然科學核心進行體現。而核心素養的概念比較寬泛，在學習之中，核心素養主要就是讓學生學習到知識、能力以及態度。通過將核心素養與高中生物教學進行緊密結合，可以實現學生對生物學概念理解程度的提升。也正是由于生物學屬于一種自然學科，具有研究的意義，所以學生需要把所掌握的生物理論知識應用于科學研究方面。而要有深入研究，就要求他們具有邏輯思維水平。所以，這一能力的發展就需要提高他們的素質。學生在對生物知識進行學習的過程中，需要不斷探究。唯有通過探究，才會獲得核心素養的發展。

對生物核心素養來說，屬于生物課程學習中發展的產物，在對實際問題進行解決時，會彰顯出價值觀念以及關鍵的能力，屬于學生綜合能力的體現。一般情況下，生物學科核心素養會體現為四種能力。一是生命觀念。在這一核心素養之中，重點就是要求學生在對生物學概念加以理解的同時，獲得生命觀念，可以切實認識到生物的多樣性、復雜性，進而以此為基準，對生命活動的基本規律加以探索，同時進行對具體問題的處理研究。二是科學思維。這一基礎素養重點在于使學生用科學的觀念對事物加以理解，同時運用科學思維處理具體事物。在實際教學的環境當中，學生需要注意拓展自己的生物學視野，對生命現象的基本規律做出深入研究，從而對生物學的基本問題進行反思。三是科學探究。在這一核心素養之中，主要就是要求學生在實際探究的過程當中，能夠調動他們對自然科學問題的求知渴望，學會初步的自然科學探索方法，完成自我探索水平的提高。同時，也需要在科學探究中，積極與同伴合作，實現創新。四是社會責任。這一核心素養會要求學生以造福人類的價值觀念，靈活運用生物知識，對社會議題加以關注，并且進行理性的解釋。并且，也需要學生積極主動宣傳關愛生命的相關知識，以此實現健康中國的實踐者。

三、高中生物教學中物理模型構建的必要性

在高中生物教學中，會注重讓學生深層次理解生物的核心概念。不僅僅需要對概念的基本內涵加以掌握，也需要對概念的產生以及發展加以明確，更能夠靈活運用概念對生物學現象加以判斷。物理模型也會比較關注讓學生形象掌握對象的特征。在高中生物教材中，有很多物理模型的構建都會比較常見，其中包括細胞器結構、植物細胞結構等。這些知識也正是由于無法用肉眼觀察，也無法依靠想象了解。因此，物理模型就會發揮出其直觀以及形象的優勢。在對細胞結構進行學習的過程當中，不僅僅可以構建平面模型，也可以構建三維模型。這樣不僅會幫助學生明確細胞內部的結構，也會幫助學生了解其整體形態。在具體開展教學中，教師若能夠組織學生建構物理模型，會實現學生思維的發散，將學生的知識理解程度進行提升，發展學生的探究能力以及綜合素養。而且也會實現學生學習興趣的充分調動，以此使得學生形成科學價值觀念[2]。與此同時，在高中生物教學的過程中，通過引導學生對物理模型進行構建，也會助力學生在模型構建的同時，努力對問題進行思考，實現學生創新精神的培養。

四、高中生物教學中物理模型構建的原則

在高中生物教學中，要想發揮出物理模型的價值，教師需要遵循科學性的原則。對科學性原則來說，主要是指教師在實際開展教學過程中，結合教學內容，更為科學地進行物理模型構建計劃的安排。教師需要注重以科學的教學理念作為教學核心，以此使得物理模型構建效果得到進一步提升。實際上，生物這門學科具有比較強的科學性以及客觀性特點。通過運用物理模型開展生物教學，重在讓學生以更為直觀的方式對生物原型加以掌握。盡管說在對物理模型進行構建的過程中，學生會占據主體地位，但是因為能力方面存在不足，進而導致模型存在相應的缺陷。不過，也需要結合實驗的事實以及科學知識，對生物原型特點進行更為客觀的反映，以此為學生后期的學習奠定堅實基礎。同時，在構建物理模型時，也需要注重遵循環保性的原則。教師在組織學生對物理模型進行構建的過程當中，需要保證所選擇的材料更為環保，并且可回收。在對物理模型應用價值進行充分發揮的同時，實現學生環保意識的增強，進而發揮出教育的價值。此外，教師也需要在高中生物教學的過程中，以主體性原則引導學生對物理模型進行構建。首先，教師需要認識到，學生是物理模型構建的主體。事實上，在高中生物教學中，教師與學生屬于兩個群體，都會占據較為關鍵的地位。因此，教師在引導學生對物理模型進行構建的過程中，也就需要注重打造雙主體的教學形式，加強與學生的互動。其次，教師需要注重讓學生成為學習主體。在模型構建中，如果學生能夠積極參與到思考以及學習中，才會對物理模型中蘊含的生物知識加以掌握。因此，教師也就需要加強與學生互動，有效進行物理模型構建，提高教學成效。

五、核心素養下高中生物教學中物理模型構建的策略

（一）突破學習的難點

在高中生物的教學中，不僅包含理論知識，也包含生物實驗。而對這些內容來說，均會以生物學概念為基礎。因此，對學生來說，在對生物知識進行學習的過程中，需要對生物學概念進行掌握。不過，由于學生很難對這一抽象知識加以理解，進而影響到學生的記憶。因此，在核心素養的背景下，教師需要注重探索有效教學方法，幫助學生突破學習難點，同時促進學生核心素養的發展。那么，教師要在教學中發揮出物理模型的價值，以物理模型的構建，實現學生知識理解能力的提升，發展學生的生物素養。

例如：在教學人教版（2019）生物必修1《細胞的基本結構》一章節的知識時，要想幫助學生更好地對相關知識進行學習，教師可以引導學生通過對物理模型進行構建，制作動植物細胞模式圖，并且以動植物細胞模式圖，對本章節的知識加以理解，以此使得學生可以全面掌握動植物細胞的相關知識。而且，通過構建這樣的物理模型，使得學生在學習中不斷進行相關知識的探究，以此在提升學生學習效率的同時，更為清晰地理解重難點知識，促進科學探究核心素養的發展[3]。

（二）激發學生的興趣

對高中生物知識來說，通常教師會注重讓學生背誦以及記憶。那么，也就會在一定程度上影響到學生學習效率的提高。而要想在核心素養的背景下解決這一問題，教師需要通過構建生物教學中的物理模型，全面調動學生對生物知識掌握的積極性，培育他們的科學思維和科學探究核心素質，提高學習效率。

例如：在人教版（2019）生物必修1《細胞的基本結構》一章節的知識中，教師不僅可以讓學生對動植物細胞模式圖進行制作，也可以選擇為學生展示細胞的構建模型，使得學生對細胞基本結構具有更為直觀的理解，進而實現學生學習興趣的充分調動。同時，教師也可以選擇讓學生運用課下的時間，運用環保材料，對細胞三維模型進行制作。如此不僅會讓學生親自動手操作，也會將抽象知識轉化為實際，讓學生在操作的同時展開探究，在探究的同時不斷思考，發散自身思維，實現學生知識理解程度的加深，調動學生生物學習的積極性。由此可見，物理模型的構建不僅能夠提高學生生物知識學習興趣，也會實現學生核心素養的發展。

（三）教學與模型結合

以往所運用的教學模式很難滿足生物教學的需求。由于生物學知識與其他學科具有緊密的聯系，因此，在實際教學中，教師需要注重結合實際教學，以物理模型的構建，對生物學現象加以描述。對物理模型來說，可以對各種生物學概念進行直觀的呈現，將抽象問題變得更為具體，實現學生解答問題能力的提升。因此，在核心素養的背景下，教師需要注重實現教學與物理模型的結合，通過物理模型的構建，實現學生綜合能力的提升，發展學生核心素養[4]。

例如：人教版（2019）生物必修2《遺傳與進化》第三章基因的本質 第二節（DNA分子的結構）一課中，要想讓學生對DNA雙螺旋分子結構加以掌握，在實際開展教學的過程當中，教師就可以引導學生自主進行小組的劃分，進行DNA雙螺旋的物理模型構建。通過完成物理模型的構建，學生也就會基本掌握DNA的分子結構。同時，學生在探究DNA分子結構，構建物理模型的過程當中，也會實現自身科學思維的培養。通過運用這樣的教學形式，也會發揮出物理模型的教育價值，完成發展學生核心素養的生物教學目標。

（四）角色扮演教學

與初中學生相比較，高中階段的學生更愿意表現自己，喜歡在比較寬松以及活潑的氛圍中學習，進而發揮出其自主性以及獨立性。因此，在實際開展高中生物教學的過程中，教師就可以結合學生的特點，對角色扮演的教學模式加以運用，實現物理模型的構建，發展學生的核心素養。在這一過程中，教師需要發揮出導演的角色，使得學生在一定情境下完成教學目標。而對這樣的教學策略來說，需要具備三個要素，分別為目的、情境以及角色。在實際開展教學的過程中，教師需要注重找到教學知識與學生的切合點[5]。

例如：在人教版（2019）生物必修1《蛋白質是生命活動的主要承擔者》一課中，會涉及對氨基酸脫水縮合的學習。也正是因為這一生理過程會涉及有機化學方面的知識，高一學生沒有學習到。因此，教師就可以運用角色扮演的方法。以氨基酸分子的結構、脫水縮合過程等知識，讓學生對相關的實物物理模型進行構建。在實際進行模型構建的過程當中，教師要求學生將二臂朝著人體兩側伸展，與人體垂直，將二腳合緊，從而進行氨基酸分子結構物理模型的建立。學生通過扮演成氨基酸分子，會更為靈活地對知識進行學習，加深印象。以此為基準，教師可以組織其他學生對氨基酸進行扮演，以拉手的形式，使氨基酸氨基和氨基酸羧基之間形成雙肽鍵，從而進行脫去分子水的反應。通過不同拉手方式以增強他們對蛋白質組成多樣性的認識。在這一教學中，會進一步增強學生探究的主動性，發展學生科學探究素養，發揮出物理模型的建構價值。通過開展這樣的教學，不僅會發展學生的核心素養，也會提高學生的物理模型構建能力，使得學生對更多難以理解的知識進行學習。

（五）創設問題化情境

對問題化情境來說，主要是指教師在具體進行課堂教學的活動當中，針對性地對具體教學場景問題加以設計，并以問題對教學內容加以總結，以此進行物理模型的建構，培養學生的建構觀念以及建構意識。教師在具體進行課堂教學中，需要強調以基本知識為導向，根據學生的認知規律，要求他們能夠通過探究對各種難題做出回答，從疑問中得到回答，達到學生綜合素質的有效提高[6]。

例如：在人教版（2019）生物必修1《細胞的物質輸入與輸出》一章的知識中，教師就可以與學生結合生物膜流動鑲嵌模型，對物理模型進行建構。在實際開展教學的過程當中，教師需要以科學家的實際探索為基準，讓學生經歷探究的過程。教師需要為學生介紹生物膜流動鑲嵌模型的事實資料，并且創設教學情境。假如有時光機，將我們送往19世紀，那么我們會從哪些方面進行細胞膜的研究呢？之后，通過層層遞進設置問題，使得學生構建不同生物膜模型。在教師的引導下，學生也就會經歷分析、推理、假設以及判斷的過程，成功構造出物理模型。同時，學生通過完成物理模型的構造，能夠明白對物理建模研究需要具備相應的理論基礎，從而真正感受到了利用物理建模解釋現實問題所產生的好處，進一步增強科學探索意識。

（六）強化小組間合作

對小組之間的合作來說，會注重發揮出學生的主體性，教師為主導。從課程的結構角度來研究，教師主要是讓學生通過分組的方式對基礎生物理論知識展開教學，并利用教師和學生之間以及學生彼此間的交流，進行基本物理模型的搭建，并共同對設計的教學目標進行實現。因此，教師在實際開展教學的過程當中，也就需要結合核心素養的培養目標，以小組合作的形式進行物理模型的構建，以此使得學生在輕松學習生物知識的同時，得到核心素養的提升。

例如：在人教版（2019）生物必修1《細胞的增殖》一課中，會對有絲分裂進行學習。也正是由于這一知識與生物技術具有十分緊密的聯系，因此教師也就需要以有絲分裂的過程作為切入點，以小組合作的形式，展開物理模型的構建。在實際開展小組合作之前，教師需要注重對學生精講染色質復制以及著絲點分類的知識，以此掃清小組合作學習中的障礙。針對學生自己可以解決的問題，教師需要注重讓學生自主探索，發散自身思維，通過實踐對不同物理模型進行構建。之后，引導學生以小組的形式進行評價，以此實現知識的二次提取，對容易存在錯誤的地方加以明確，實現思維的碰撞，對自身存在錯誤進行改正，發揮出物理模型構建的價值，培養學生的核心素養。

（七）知識體系的建立

生物知識會彰顯出較強的抽象性特點，通過對物理模型進行構建，可以將抽象知識直觀展現在學生眼前，對生物知識原型本質加以體會。在物理模型之中，通過將相關概念、文字以圖畫等形式進行串聯，也就可以形成流程圖，使得學生歸納知識，建立生物知識體系。而在核心素養的背景下，教師也就需要注重在利用物理模型的過程當中，培養學生的核心素養，使得學生可以深度對知識進行學習，了解生物學的本質，提高學習的質效。

例如：人教版（2019）生物必修2《遺傳與進化》第三章基因的本質 第二節（DNA分子的結構）一課中，會要求學生掌握DNA雙螺旋結構。要想幫助學生加深對本節課知識的理解，教師不僅僅可以通過物理模型的構建，實現教學與模型的結合，也可以通過模型建立知識體系。在實際進行物理模型構建的過程當中，學生會基本對DNA雙螺旋結構加以掌握，并且也會對DNA雙螺旋結構的作用加以掌握，使得學生更為全面地對生物學概念加以認知。通過開展這樣的教學，會使得學生加深對相關知識的理解，并且也會對人生命活動的奧秘加以了解。這樣不僅會對學生的思維進行開發，也會幫助學生了解到人生命的不容易，做到珍惜生命，培養學生的生命觀念以及社會責任感。同時，也會讓學生理性思考，在科學探究之中，得到生物核心素養的有效培養。

結束語

總而言之，在核心素養的背景之下，高中生物教學的物理模型構建不僅可以加深學生對知識的理解程度，也會在教學中彰顯出良好的應用效果。因此，教師在實際開展教學的過程當中，需要注重靈活進行物理模型的構建，科學開展教學工作。在新時代的教育背景下，通過以物理模型突破學習的難點、激發學生的興趣，實現教學與物理模型的緊密結合，開展角色扮演教學、創設問題化情境、加強小組之間的合作學習，助力學生對知識體系進行建立，以培育學生的核心素質，促進其整體素養的提高，推進課程的革新，有助于學生形成更加優秀的生物學習行為，以推動學生的長期科學發展。

參考文獻

[1]范曉斌.高中生物模型建構策略探析[J].學周刊，2022（9）：136-137.

[2]陸多全.基于核心素養下高中生物模型構建教學策略：以動物激素調節為例[J].中學課程輔導（教師通訊），2021（7）：87-88.

[3]魏雪蓮.核心素養下模型構建在高中生物教學中的嘗試運用：以減數分裂和有絲分裂的模塊復習為例[J].新課程，2020（46）：29.

[4]賴克武.核心素養下模型構建在高中生物教學中的應用效果分析[J].試題與研究，2019（22）：131.

[5]張海俠.核心素養下模型構建在高中生物教學中的應用效果分析[J].試題與研究，2019（6）：38.

[6]辛華.核心素養下模型構建在高中生物教學中的應用效果分析[J].教師，2018（11）：22-23.

本文系福建省泉州市石獅市基礎教育課程教學研究課題“核心素養下物理模型構建在高中生物教學中的應用研究”（課題編號：SCG21-29）研究成果之一。