建構(gòu)模型，培養(yǎng)生物核心素養(yǎng)

周林聰

隨著高中課程改革的不斷深化，改革對學(xué)生的核心素養(yǎng)提出了更高的要求。因此，生物學(xué)科的課程改革也必將把展學(xué)生的核心素養(yǎng)作為追求目標(biāo)。生物學(xué)科的核心素養(yǎng)包括：生命觀念、理性思維、科學(xué)探究、社會(huì)責(zé)任等內(nèi)容。本文主要從建構(gòu)生物模型角度，談?wù)労诵乃仞B(yǎng)的培養(yǎng)。

一、概念模型，建立體系

模型是人們?yōu)榱藢W(xué)習(xí)和了解某種事物而開發(fā)的一種工具，它可用定量表示也能定性表達(dá)。以化抽象為具體為手段，或者是通過抽象的形式表達(dá)來實(shí)現(xiàn)對事物的理解。因此筆者在生物教學(xué)中就經(jīng)常要求學(xué)生借助模型這一工具來加深對知識的理解。

例如教材在編寫《現(xiàn)代生物進(jìn)化理論的由來》時(shí)，就是通過以下理論模型，講解達(dá)爾文的學(xué)說的。如根據(jù)事實(shí)1：生物都有過度繁殖的傾向；事件2：物種內(nèi)個(gè)數(shù)能保持穩(wěn)定；事件3：資源有限，得出推論1：個(gè)體之間有生存斗爭，在此基礎(chǔ)上和事實(shí)4：個(gè)體存在差異即變異；事實(shí)5：變異可以遺傳，推導(dǎo)出結(jié)論2：有利變異存活和繁衍的機(jī)會(huì)多，進(jìn)而得出：有利變異積累，生物進(jìn)化成新類型。但是若以學(xué)生能夠輕松記憶為目的，此模型依舊存在不夠簡潔、內(nèi)在關(guān)系不夠突出的問題。為了幫助學(xué)生實(shí)現(xiàn)對學(xué)說更深刻的理解，筆者引導(dǎo)學(xué)生沿著起因與結(jié)果這條路線重新梳理了自然學(xué)說的理論，構(gòu)建了以下概念模型：在食物空間等環(huán)境有限的條件下，生物存在度繁殖導(dǎo)致生物之間生存斗爭的產(chǎn)生和發(fā)展，而生物演變過程中存在遺傳變異，不利變異被淘汰從而推導(dǎo)出適者生存的核心觀點(diǎn)。學(xué)生在理解的基礎(chǔ)上總結(jié)和歸納建立概念模型，在此過程中是對知識的反芻與消化。概念模型具有表達(dá)簡明扼要的特點(diǎn)，便于學(xué)生強(qiáng)化記憶。在體會(huì)到概念模型的實(shí)用性后，學(xué)生們舉一反三，將它運(yùn)用到對光合作用、呼吸作用等方面的記憶。

同學(xué)們在學(xué)習(xí)與理解的基礎(chǔ)上建立自己的知識網(wǎng)絡(luò)體系，不僅有助于記憶力的提升，更收獲了創(chuàng)作的成就感。通過概念模式的建立使學(xué)生更好的理解了進(jìn)化與適應(yīng)的觀念，同時(shí)也強(qiáng)化了其用生命觀念去認(rèn)識生命世界、解釋生命現(xiàn)象的意識。

二、物理模型，發(fā)現(xiàn)規(guī)律

高中生物知識的學(xué)習(xí)中，有一個(gè)知識點(diǎn)讓許多學(xué)生感到無可奈何，這個(gè)難點(diǎn)就是細(xì)胞的減數(shù)分裂。同學(xué)們表示課本上雖然講解詳細(xì)但還是過于抽象，所以理解記憶起來就比較困難。為了打破這一困擾，筆者采取構(gòu)建物理模型的方式，讓知識自己“說話”。

在進(jìn)行減數(shù)分裂教學(xué)時(shí)，筆者先讓學(xué)生進(jìn)行文章的預(yù)習(xí)做到對知識有關(guān)初步的了解，然后筆者拿出事先做好的物理模型——表示染色體的紙條和可以將紙條固定在黑板上的釘子。首先我在黑板上畫出一個(gè)圓表示細(xì)胞，將兩對染色體置于其中表示精原細(xì)胞演化成的初級精母細(xì)胞。這兩對染色體分別由兩條染色單體組成并由同一個(gè)著絲點(diǎn)連接，釘子在此充當(dāng)著絲點(diǎn)。將大小相同的同源染色體對稱的某一位置的片段交換貼好，表示發(fā)生了染色體交換現(xiàn)象。將大小相同同源染色體并列放在赤道板兩側(cè)，此時(shí)再用細(xì)線表示紡錘絲栓接在釘子上并分別向上下牽引，來表現(xiàn)在紡錘絲牽引下同源染色體分開的情況。用物理模型初步展現(xiàn)了精原細(xì)胞減數(shù)第一次分裂的過程，讓同學(xué)們將課本上的表述與看到的現(xiàn)象相結(jié)合，通過視覺的刺激同學(xué)們更好的理解了生命現(xiàn)象。有了這次經(jīng)歷，我讓同學(xué)們自己動(dòng)手展示減數(shù)第二次分裂，同學(xué)們都積極地動(dòng)手操作起來。

通過建構(gòu)模型，可以防止學(xué)生被非本質(zhì)因素的干擾，從而幫助其抓住事物的根本特征。學(xué)生用身邊簡單的物品構(gòu)建模型，讓生命的現(xiàn)象或過程得以再現(xiàn)，更容易掌握知識的規(guī)律。進(jìn)一步的促進(jìn)學(xué)生理性思維的養(yǎng)成，提升其核心素養(yǎng)。

三、數(shù)學(xué)模型，揭示本質(zhì)

數(shù)學(xué)模型建構(gòu)的一般步驟為：觀察研究對象，提出問題→提出合理假設(shè)→根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，用數(shù)學(xué)形式表達(dá)事物性質(zhì)→繼續(xù)實(shí)驗(yàn)觀察，檢驗(yàn)修正模型。建構(gòu)數(shù)學(xué)模型對學(xué)生的科學(xué)探究以及歸納總結(jié)的能力提出新要求，因此建模的過程中就是學(xué)生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)過程。

例如在學(xué)習(xí)孟德爾雜交實(shí)驗(yàn)的數(shù)學(xué)比例式3：1，9：3：3：1，1：1：1：1等就是典型是數(shù)學(xué)模型建構(gòu)。這些數(shù)字將生命現(xiàn)象量化，幫助學(xué)生揭示生命現(xiàn)象的本質(zhì)。在這些數(shù)字的基礎(chǔ)上，學(xué)生進(jìn)行合理的邏輯推理，不難理解自由組合定律的實(shí)質(zhì)。F1減數(shù)分裂形成配子時(shí)，同源染色體上的等位基因分離，非同源染色體上的非等位基因自由組合。如兩對相對性狀的雜交實(shí)驗(yàn)中，F(xiàn)2產(chǎn)生9種基因型，4種表現(xiàn)型。①雙顯性性狀（Y_R_）的個(gè)體占9/16，單顯性性狀的個(gè)體（Y_rr，yyR_）各占3/16，雙隱性性狀（yyrr）的個(gè)體占1/16，對應(yīng)9：3：3：1。②純合子（1/16YYRR + 1/16YYrr + 1/16yyRR + 1/16yyrr）共占4/16，對應(yīng)1：1：1：1。另外，雜合子占12/16，其中雙雜（YyRr）占4/16，單雜（YyRR、YYRr、Yyrr、yyRr）各占2/16，共占8/16。③F2中親本類型（Y_R_ + yyrr）占10/16，重組類型（Y_rr + yyR）占6/16。每一個(gè)數(shù)字對應(yīng)一種現(xiàn)象，學(xué)生將數(shù)字與生物的性狀聯(lián)系起來，從本質(zhì)上解釋生命現(xiàn)象，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣與動(dòng)力。

建構(gòu)數(shù)學(xué)模型是以邏輯推理為手段，量化生命發(fā)展過程中出現(xiàn)的現(xiàn)象，通過建立數(shù)量關(guān)系達(dá)到認(rèn)識生命現(xiàn)象的目的。學(xué)生通過建模這一活動(dòng)，挑戰(zhàn)自己的分析和推理能力，在抓住本質(zhì)的同時(shí)更快速有效的掌握知識。

模型建構(gòu)對傳統(tǒng)的教學(xué)方式提出了挑戰(zhàn)，教師應(yīng)把握好模型的作用，充分而全面的調(diào)動(dòng)學(xué)生總結(jié)歸納、邏輯推理的能力，以模型教學(xué)為途徑提高學(xué)生的生物核心素養(yǎng)。

（作者單位：江蘇省南通市通州區(qū)金沙中學(xué)）