在模型構(gòu)建過程中培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)

摘 要：隨著新課程標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施，生物課堂的形式也發(fā)生了一定轉(zhuǎn)變，學(xué)生的主體地位更加突出.為了更好地幫助學(xué)生建立生物學(xué)概念，基于事實(shí)基礎(chǔ)的抽象和概括就顯得更加重要，因此模型的使用頻率也有所提高.生物模型的構(gòu)建過程，可以幫助學(xué)生落實(shí)生命觀念，科學(xué)地認(rèn)識(shí)事物，提升生物學(xué)科核心素養(yǎng).

關(guān)鍵詞：模型方法；模型構(gòu)建；核心素養(yǎng)

中圖分類號(hào)：G632"" 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A"" 文章編號(hào)：1008-0333（2024）21-0133-03

《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2020年修訂版）》（以下簡(jiǎn)稱《新課程標(biāo)準(zhǔn)》）重新調(diào)整了學(xué)科內(nèi)容，以學(xué)科大概念為綱領(lǐng)，細(xì)分重要概念和次位概念，使教學(xué)內(nèi)容結(jié)構(gòu)化，教學(xué)方式多樣化，多方位培養(yǎng)學(xué)生的生命觀念、科學(xué)思維和科學(xué)探究能力，落實(shí)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感，發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng)[1].

這一次的課程改革將模型構(gòu)建納入基礎(chǔ)知識(shí)范疇，并將模型方法規(guī)定為高中生必須掌握的方法之一.模型方法是指通過模型來揭示原型的結(jié)構(gòu)、特征和本質(zhì)，是邏輯方法的一種特有形式，在生物學(xué)中，模型主要有三類，包括物理模型、概念模型和數(shù)學(xué)模型.在教學(xué)中，合理采用模型方法，可以突破學(xué)生主體思維的限制，使抽象思維具象化.在課堂中，可以根據(jù)課堂內(nèi)容和知識(shí)體系采用不同的模型，培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng).

1 重走科學(xué)史，構(gòu)建物理模型，培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)，落實(shí)生命觀念

科學(xué)史是生物教學(xué)中不可或缺的部分，通過展示史實(shí)資料，跟隨前人的腳印，體會(huì)前人的思維變遷，構(gòu)建物理模型，可以很好地發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維.同時(shí)，科學(xué)史并不只是用來展示，物理模型也不應(yīng)該在教師講授完以后構(gòu)建，而是要讓學(xué)生通過走進(jìn)歷史，發(fā)現(xiàn)問題，提出假設(shè)；通過重走科學(xué)家的探索歷程，尋找答案，解決問題，不斷修正自己的模型，最終通過模型的結(jié)構(gòu)和功能相互統(tǒng)一，發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng).

“DNA分子的結(jié)構(gòu)”一節(jié)內(nèi)容的教學(xué)，就是最好的課例之一.DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)，標(biāo)志著生物學(xué)正式進(jìn)入分子生物學(xué)時(shí)代，是生物學(xué)發(fā)展史上的一個(gè)里程碑，沃森和克里克的合作研究也是當(dāng)今科研界學(xué)習(xí)的榜樣.在本節(jié)課的教學(xué)中，教師可以通過“刑偵手段中DNA鑒定技術(shù)的應(yīng)用”視頻導(dǎo)入，引導(dǎo)學(xué)生思考為什么DNA鑒定技術(shù)可以確定死者的身份？因?yàn)槊總€(gè)人的DNA序列都是特定的.從這個(gè)方面入手，將話題引入DNA分子的結(jié)構(gòu)，落實(shí)結(jié)構(gòu)決定功能的生命觀.同時(shí)，帶領(lǐng)學(xué)生復(fù)習(xí)必修一中有關(guān)DNA的基礎(chǔ)知識(shí)，展示四種脫氧核苷酸結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式，認(rèn)識(shí)五個(gè)碳原子的位置，并介紹核苷酸之間的聯(lián)結(jié)：磷酸二酯鍵，形成一條脫氧核苷酸鏈；認(rèn)識(shí)脫氧核苷酸鏈的兩端：5’-端和3’-端，為之后的模型構(gòu)建打下基礎(chǔ).

1.1 閱讀課本，嘗試自主構(gòu)建DNA平面模型

學(xué)生自主閱讀課本時(shí)，思考教師給出的問題：①DNA分子有幾條鏈，方向如何？具有怎樣的空間結(jié)構(gòu)？②DNA分子的基本骨架是什么？③堿基的配對(duì)方式是怎樣的？堿基之間通過什么相連？然后嘗試自主構(gòu)建模型.教師在巡視過程中，記錄各小組模型構(gòu)建中出現(xiàn)的問題.

1.2 基于科學(xué)史，修正DNA平面模型

教師總結(jié)學(xué)生自主構(gòu)建模型的過程中出現(xiàn)的一系列問題，例如①各基團(tuán)的位置及相關(guān)化學(xué)鍵出現(xiàn)錯(cuò)誤；②兩條鏈的方向如何確定；③四種堿基之間如何配對(duì)；④堿基之間氫鍵數(shù)目混亂.在網(wǎng)上查閱收集相關(guān)資料并制作DNA分子結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)史視頻，通過展示視頻，為學(xué)生答疑解惑，加深學(xué)生的印象.引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)家的合作探索的精神，理解科學(xué)發(fā)展并不是一蹴而就的，是所有科學(xué)家通過不斷地研究和修正，科學(xué)才能得以進(jìn)步.

1.3 模型的分析應(yīng)用

模型的構(gòu)建，更重要的是能夠應(yīng)用于實(shí)際.通過分析對(duì)比各個(gè)小組的模型，思考DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)：①DNA分子結(jié)構(gòu)為何更加穩(wěn)定？②若有10對(duì)堿基對(duì)（每種堿基數(shù)量足夠），可以構(gòu)建多少種不同排列的DNA分子？從而理解DNA具有多樣性的原因；③理解什么是DNA分子的特異性；④小組合作，發(fā)現(xiàn)DNA分子中的數(shù)量關(guān)系，發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)合作的能力.結(jié)合DNA鑒定技術(shù)在實(shí)際生活中的應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感.

2 結(jié)合情境創(chuàng)設(shè)，構(gòu)建數(shù)學(xué)模型，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維

生物知識(shí)往往是我們真實(shí)生活中的一部分，教師可以通過情境創(chuàng)設(shè)，引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建數(shù)學(xué)模型，以表述生命活動(dòng)的動(dòng)態(tài)變化過程，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維.數(shù)學(xué)模型在生物學(xué)中應(yīng)用最典型的課例就是“種群數(shù)量變化”.首先，教師通過“細(xì)菌增殖”的微視頻引入本節(jié)課的問題：①第n代細(xì)菌數(shù)量的計(jì)算公式是什么？②72小時(shí)后，由一個(gè)細(xì)菌分裂產(chǎn)生的細(xì)菌數(shù)量是多少？③該種群在什么樣的條件下能夠以2n的形式增長(zhǎng)？④自然界中是否存在這樣的實(shí)例？通過問題①，學(xué)生得出第n代細(xì)菌數(shù)量為Nn=2n，并完成問題②③；通過①②③問，教師介紹建立數(shù)學(xué)模型的一般步驟.引導(dǎo)學(xué)生閱讀教材，回答問題④.

2.1 通過問題鏈驅(qū)動(dòng)模型轉(zhuǎn)換，發(fā)展科學(xué)思維，提高社會(huì)責(zé)任感

教師通過設(shè)置問題鏈，不斷推進(jìn)學(xué)習(xí)過程，達(dá)成學(xué)習(xí)目標(biāo).隨著問題的層層遞進(jìn)，逐步修正數(shù)學(xué)模型，更容易被學(xué)生所接受.

教師指出：在實(shí)際的種群中，起始數(shù)量往往并不是1，種群增長(zhǎng)率（增長(zhǎng)率=出生率-死亡率）也達(dá)不到100%，例如在資料1中，假設(shè)起始野兔數(shù)量為N0，每一年野兔種群數(shù)量都是前一年的λ倍，則5年后野兔數(shù)量是多少？t年后種群數(shù)量又是多少呢？討論λ取值對(duì)種群數(shù)量變化趨勢(shì)有何影響？通過問題驅(qū)動(dòng)，修正模型，得到“J”型增長(zhǎng)曲線模型，感悟數(shù)學(xué)模型的構(gòu)建過程.教師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步思考：野兔數(shù)量的急劇增加，對(duì)農(nóng)場(chǎng)造成了怎樣的影響？學(xué)生回答：草場(chǎng)植被破壞，水土流失，沙化嚴(yán)重.以此幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)到物種入侵的危害，以及保護(hù)生態(tài)環(huán)境的重要性.

教師進(jìn)一步提問：為了控制野兔數(shù)量，澳大利亞政府采取了什么措施？野兔種群數(shù)量呈現(xiàn)怎樣的變化趨勢(shì)？ 引導(dǎo)學(xué)生思考得出在非理想條件下，種群數(shù)量呈現(xiàn)出一種先增加后保持穩(wěn)定的“S”型增長(zhǎng)曲線模型，分析“S”型增長(zhǎng)曲線的變化，比較“J”型增長(zhǎng)曲線和“S”型增長(zhǎng)曲線的差異，以此發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維.

2.2 結(jié)合模型，指導(dǎo)生產(chǎn)生活實(shí)踐，提升社會(huì)責(zé)任感

通過展示鼠患危害、漁業(yè)的可持續(xù)發(fā)展、大熊貓等瀕危物種的保護(hù)等資料，引導(dǎo)學(xué)生分析討論：從環(huán)境容納量的方面切入，可采取哪些措施控制鼠患？保護(hù)瀕危物種？如何保證漁業(yè)的捕撈量和快速恢復(fù)？這一系列問題的討論，都是“S”型增長(zhǎng)曲線在生產(chǎn)生活中的實(shí)際應(yīng)用，將生物知識(shí)和生產(chǎn)實(shí)際相聯(lián)系，提高學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感.

3 通過歸納總結(jié)，構(gòu)建概念模型，形成思維框架，落實(shí)核心素養(yǎng)

概念模型是對(duì)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的科學(xué)規(guī)律進(jìn)行的抽象總結(jié)， 比單純的文字?jǐn)⑹龈又庇^，便于學(xué)生理解記憶.在進(jìn)行生物教學(xué)時(shí)，要善用概念模型，使知識(shí)點(diǎn)之間的聯(lián)系更加直觀，便于學(xué)生理解記憶.

生物教學(xué)中，課本知識(shí)繁雜瑣碎而又抽象，很多都屬于微觀世界的內(nèi)容，學(xué)生很少有機(jī)會(huì)去直接觀察微觀世界的生物，所以僅僅依靠教師簡(jiǎn)單地講授，學(xué)生往往很難想象和理解那些繁瑣抽象的內(nèi)容.這就要求教師必須簡(jiǎn)化知識(shí)點(diǎn)，去掉細(xì)枝末節(jié)，直擊重點(diǎn).概念模型是對(duì)抽象的概念、 理論進(jìn)行描述的一種方法，使事物之間的關(guān)系更加直觀，可以加深學(xué)生對(duì)概念的理解、記憶，而非死記硬背[2].概念模型在生物教學(xué)中的應(yīng)用非常廣泛，我們?cè)谡n前預(yù)習(xí)、課堂教學(xué)和課后復(fù)習(xí)中，都可以看見它的身影，尤其是二輪復(fù)習(xí)中，概念模型幾乎滲透到了每一節(jié)課堂中.通過構(gòu)建概念模型，形成系統(tǒng)的知識(shí)框架圖，可以加強(qiáng)知識(shí)點(diǎn)之間的聯(lián)系，鍛煉學(xué)生的科學(xué)思維能力，發(fā)展科學(xué)素養(yǎng).比如在二輪復(fù)習(xí)關(guān)于育種這一部分內(nèi)容的復(fù)習(xí)過程中，涉及的育種方式、育種原理、育種流程、各種育種方式的優(yōu)缺點(diǎn)以及相關(guān)實(shí)例非常多，而二輪復(fù)習(xí)資料往往比較簡(jiǎn)潔，課本中的文字?jǐn)⑹黾确爆嵱址稚ⅲ€涉及現(xiàn)代生物技術(shù)的應(yīng)用，不利于二輪復(fù)習(xí)過程中系統(tǒng)地復(fù)習(xí)和比較.此時(shí)概念圖的優(yōu)勢(shì)就非常明顯，在課前預(yù)習(xí)中可以要求學(xué)生按照教師給的大綱，自主整理有關(guān)知識(shí)點(diǎn)，并利用表格、思維框架圖等形式進(jìn)行總結(jié)，讓學(xué)生在課前預(yù)習(xí)時(shí)完成概念圖，加深對(duì)重點(diǎn)內(nèi)容的印象，而且學(xué)生還會(huì)給教師意想不到的反饋.如表1，這位學(xué)生總結(jié)了教師給出的幾種常用育種方式：雜交育種、誘變育種、單倍體育種、多倍體育種、細(xì)胞工程育種和基因工程育種，同時(shí)還將優(yōu)良動(dòng)物繁育涉及的一些技術(shù)也總結(jié)在了旁邊，這是之前教師所沒有想到的.這說明學(xué)生是具有學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，而我們教師所要做的，就是調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，適當(dāng)放手，相信學(xué)生.

4 結(jié)束語

《新課程標(biāo)準(zhǔn)》更加注重學(xué)生能力的提升和思維的綜合性，在考查過程中，情境更加復(fù)雜，要求也相對(duì)更高，比如說能在復(fù)雜情境中對(duì)必備知識(shí)和關(guān)鍵能力的綜合運(yùn)用.因此，課堂教學(xué)必須做出一定的改變，利用物理模型、數(shù)學(xué)模型和概念模型的構(gòu)建過程，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，讓學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)并培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)的能力.在生物課堂中，教師可以根據(jù)本節(jié)課的授課內(nèi)容和教學(xué)目標(biāo)，將幾種模型綜合起來使用，而不是只選擇其中一種.教師還應(yīng)利用好開放性的實(shí)踐問題，結(jié)合模型方法的使用，提高學(xué)生解決問題的能力，發(fā)展科學(xué)思維，落實(shí)核心素養(yǎng).

參考文獻(xiàn)：

［1］ 中華人民共和國教育部.普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）[M].北京：人民教育出版社，2018：1-15.［2］ 楊大友.模型建構(gòu)在高中生物教學(xué)中的應(yīng)用.吉林教育[J]，2011（7）：23.

［責(zé)任編輯：季春陽］