基于信息技術融合的生物模型建構教學實踐

[摘 要] 隨著信息技術在教育領域的普及和應用，如何利用信息技術改變傳統的生物教學模式、創新教學形式是當前生物學教育工作者需要思考的問題。本文闡述了在初中生物學模型建構教學中運用信息技術手段的途徑，以期實現信息技術與模型建構教學深度融合。依托信息技術創新教學方式，不僅促進了學生課前、課中、課后的連續性學習，還有效落實了學科核心素養，提升了學生的綜合素質。

[關鍵詞] 信息技術；初中生物學；模型建構；教學實踐

《義務教育生物學課程標準（2022年版）》（以下簡稱《標準》）指出，教師應重視運用互聯網技術、移動通信技術和人工智能等現代信息技術手段，開發和利用數字化教學資源，豐富師生互動交流方式，促進學生個性化學習。這就要求教師要順應時代發展，推進現代信息技術與教學深度融合。生物學是一門探究性、實驗性很強的學科，部分教師在教學中應運用模型與建模的方法，幫助學生建構生命觀念，發展科學思維，提高探究能力，落實核心素養。

一、生物模型建構教學現狀分析

初中生物學中部分內容比較抽象，通過建模的方法可有效地化抽象為具體、變零散為系統。建模即建構模型，是指把原型的映像呈現出來的過程，包括模型創建、修正、檢驗等不斷循環的環節。生物學教學中的模型主要包括概念模型、物理模型和數學模型等。

（一）概念模型教學

概念模型指使用文字、箭頭及其他符號，表達抽象概念間的關聯，包括圖示圖解、文字符號、思維導圖等。教師一般會使用概念模型來幫助學生厘清各知識點之間的聯系，引導學生理解知識點間隱藏的邏輯關系，使學生能夠根據概念模型快速搭建知識網絡。同時，在建構概念模型的過程中，教師還可以培養學生比較、分析和歸納等科學思維方法。

（二）物理模型教學

物理模型包括實物模型和圖像模型兩類，是指以實物或圖畫形式直觀表征抽象概念，一般會通過一定比例放大或縮小研究對象的原型。《標準》中設定的建模活動有：制作可調節的眼球成像模型、自制實驗裝置模擬香煙的危害、設計制作生態瓶等。在教學中，教師可以根據實際情況安排自制心臟模型、腎單位模型、雞卵模型等活動，使學生在動手制作的過程中進一步提高實踐能力和創新能力。

（三）數學模型教學

數學模型是指利用數學關系反映生命現象和闡釋生物學概念，運用恰當的數學工具，如公式、曲線、柱狀圖等，呈現出生物學知識的規律。如在探究酒精對水蚤心率影響的實驗中，可通過Excel軟件計算水蚤的平均心率，并生成折線圖，直觀反映不同體積分數的酒精對水蚤心率的影響。數學模型體現了數學與生物學的交叉融合，有利于培養學生的邏輯思維。

（四）存在問題

雖然模型建構在生物學教學中應用較為廣泛，但模型建構與信息技術融合的案例較少。在生物學教學中，信息技術的主要應用形式包括PowerPoint、視頻等。模型建構教學往往在課中進行，忽略了課前預習、課后復習與課堂教學的聯系，這不利于學生連續性思維的培養。《標準》倡導信息技術與課堂教學深度融合。教師可以利用信息技術直觀呈現物理模型的過程，將概念模型、數學模型通過信息技術快速建構，從而改進教學內容的呈現方式，突破教學重難點，并培養學生的科學思維。

二、基于信息技術融合的模型建構教學策略

教師可采用“線上+課堂+實踐”混合式教學策略。包括課前利用信息技術發布學習任務、課中運用信息技術開展模型建構探究、課后依托信息技術完成拓展性作業，充分發揮數字化資源在教學中的作用，促進學生自主學習與合作探究。基于信息技術融合的具體教學策略如下。

（一）課前準備

教師可以利用Camtasia Studio、剪映等視頻編輯軟件制作微課，并在班級群中發布，鼓勵學生通過自制模型初步建構生物學相關概念。也可以利用問卷星等小程序開展問卷調查，做好課前的信息收集與分析準備。

（二）課中探究

1.運用鴻合交互式白板及其配套軟件、希沃授課助手等工具直觀呈現多媒體資料。豐富的視覺和互動體驗可以激發學生的學習興趣，增強他們的感性認識。

2.通過小組合作、教師演示等方式建構生物學系列模型，運用模型直觀表征抽象概念，幫助學生建立結構與功能觀，并運用投屏軟件演示實驗過程。

3.運用虛擬仿真技術開展模型建構教學，突破時空限制，幫助學生深化對生命現象的理解。

4.運用金陵微校、希沃授課助手等軟件進行課堂評價，利用圖片拖曳、圖片分類、游戲競賽等功能，增強師生互動。

（三）課后延伸

學生完成拓展性作業后，利用網絡平臺收集資料；利用問卷星小程序展開調查；利用Excel、Word等軟件做好數據分析，并撰寫報告；錄制微視頻進行推廣宣傳，物化成果。

三、基于信息技術融合的模型建構教學實踐

筆者以蘇教版《生物學》七年級下冊“人體和外界環境的氣體交換”一節為例，結合《標準》要求，開展以模型建構為主線的創新性教學活動，從情景創新、實驗創新、教學重難點的突破等方面，進行了信息技術的融合應用，以期探索生物學信息化教學實施的新路徑。

（一）制作微課，激發學習興趣

筆者在課前通過班級群發布微課“DIY呼吸運動模型”，指導學生利用塑料瓶、吸管、氣球、膠水等生活中易于獲取的材料制作模型，激發學生學習興趣。學生通過建模的方法，初步認識了呼吸系統的組成。

（二）導入真實情境，激發探究欲望

筆者以生活中真實的問題情境“肺泡呼吸音和粗濕啰音”為切入點，引導學生認真聆聽并思考人體為什么會出現這樣異常的呼吸音。經過討論，學生認為空氣中存在著大量病菌和顆粒物，可能引起肺部感染。筆者順勢設疑：病菌或顆粒物是如何隨空氣到達肺部的？通過設計具有思維深度的問題，引發了學生的認知沖突，激發了學生的探究欲望，進而引出本課第一個重要概念——呼吸系統。

（三）創新生物模型建構教學

本節內容包括呼吸系統的組成及呼吸運動兩大重要概念。學生難以理解呼吸道處理氣體的過程、氣壓變化與容積的關系及呼吸肌的運動是如何引起胸廓容積變化的。因此，可采用模型建構的方法直觀表征出這些抽象內容。

1.呼吸系統模型建構

在建構呼吸系統概念模型的過程中，筆者通過圖片、視頻等方式展示鼻、咽、喉、氣管與支氣管、肺的結構，并通過自制模型演示各器官的功能。

在學習咽的結構時，筆者設計的問題是：咽是空氣與食物共同的通道，食物為何不會“迷路”？學生答出咽部具有會厭軟骨這一特殊結構。此時，筆者利用自制模型演示會厭軟骨的功能，并通過鴻合多屏互動的直播功能進行投屏展示。當吞咽食物時，食物經過咽，黃色的會厭軟骨模型下落，蓋住氣管入口處，食物順利進入食道。通過投屏展示，學生能夠直觀認識會厭軟骨的作用，并理解咽成為呼吸道和消化道共同通道的原因。

在學習氣管及支氣管的功能時，筆者利用自制氣管模型演示痰液形成的過程。當病菌和顆粒物經過氣管時，氣管黏膜分泌的黏液會將其包裹住。此時，筆者將氣管模型內表面的水晶泥取下包住“病菌”模型，接著引導學生說出黏液可順著纖毛的擺動依次經過喉、咽、口等器官，進而排出體外。整個演示過程通過鴻合多屏互動直播系統進行投屏展示，形象直觀，有助于學生理解氣管與支氣管的功能。

在學習肺的結構時，筆者播放了離體豬肺通氣實驗的相關視頻，通過觀察肺的收縮和舒張，引導學生思考問題：肺作為呼吸系統的主要器官，它的哪些特點有利于氣體交換？接著筆者利用肺泡模型進行演示，向模型內反復吹氣，模擬肺泡的通氣過程。學生通過觀察能夠明確肺泡具有數量多、表面積大的特點，從而自主建構肺的結構與功能相適應的觀念。

在教師通過多組自制模型和多媒體設備進行演示后，學生能夠自主總結呼吸系統各器官的結構與功能，并學會運用所學知識解決真實情境中有關呼吸系統的常見問題。

2.呼吸運動模型建構

呼吸系統從大氣中攝取氧氣，排出代謝產生的二氧化碳，是通過呼吸運動實現的。因此，本階段筆者設計了三組模型探究實驗，引導學生自主建構呼吸運動的概念。

學生難以理解氣壓變化引起的呼吸運動過程，因此，筆者利用針筒開展探究活動。學生小組合作完成驅動任務：①不堵住針孔，推拉活塞；②堵住針孔，往里推活塞；③將針筒拉至最大刻度，堵住針孔，盡量往里推活塞，推不動時迅速放手。學生通過體驗，發現任務①針筒可以自由拉動，任務②針孔處壓力增大，任務③活塞向外運動。這些現象與氣壓有什么聯系呢？學生可以利用兩個壓強傳感器直觀展示針筒容積變化時氣壓的變化：將針筒針頭插入一個傳感器，將另一個傳感器置于大氣中；將傳感器、數據采集器與電腦連接，利用LlabV12軟件呈現測定數據。根據測定數據可知，當針筒內容積減小時，氣壓增大，且大于外界氣壓，松手時，氣體由氣壓大的一側流向氣壓小的一側，因此活塞向外運動。通過直觀的數據呈現，學生能夠思考并解釋問題，得出氣壓與容積呈反比關系的結論。由針筒可類比到我們的胸廓，胸廓容積變小，內部氣壓增大，氣體向胸廓外運動，即呼氣；吸氣過程與之相反。通過探究實踐，學生能夠理解是胸廓大小的改變引起了吸氣和呼氣，學生的建模思維、類比思維不斷提升，交流合作能力進一步提高，新知也得到了遷移、內化和應用。

（四）利用信息技術，落實社會責任

筆者播放正常的肺泡呼吸音，驅動學生思考：正常的肺泡呼吸音與異常的肺泡呼吸音有什么不同？作為學生，可以為守衛呼吸環境做些什么？筆者通過問題串的設置，引發學生深度討論，使他們關注身體內外各種因素對健康的影響。課后，筆者布置了拓展性作業，學生以小組合作形式，搜集有關塵肺病、肺炎的資料，嘗試提出凈化環境的合理建議，并錄制成微視頻。這樣有助于學生參與個人和社會事務的討論，做出判斷和合理解釋，提高解決生活問題的能力。

四、結語

在信息化飛速發展的時代，現代信息技術深刻改變著人類的思維方式、生產方式、生活方式和學習方式。信息技術與生物學的融合，是改革教育模式、創新教學方法和完善教學手段的重要途徑。教師應不斷提升自身信息化素養，以培養學生核心素養為目標，充分利用信息技術賦能生物學教學，促進學生個性化發展。

參考文獻

[1]中華人民共和國教育部.義務教育生物學課程標準（2022年版）[S].北京：北京師范大學出版社，2022.

[2]馬陸亭.加快推進教育數字化建設教育強國[J].上海教育，2022（36）：1.

[3]沈偉云.基于模型與建模思維發展的初中生物學實驗教學[J].中學生物教學，2022（19）：51-54.