基于高中生物學(xué)科核心素養(yǎng)的模型建構(gòu)法應(yīng)用研究

徐業(yè)華

摘要 分析了模型建構(gòu)法對于培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的重要價值，從實踐角度對模型建構(gòu)法教學(xué)中應(yīng)注意的問題進(jìn)行了剖析，并探討了當(dāng)前模型建構(gòu)法教學(xué)中存在的問題并提出了自己的建議。

關(guān)鍵詞 高中生物 模型建構(gòu) 核心素養(yǎng)

中圖分類號 G633.91 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 B

模型是人們?yōu)榱四撤N特定目的而對認(rèn)識對象所做的一種簡化、概括性的描述，是科學(xué)研究中對復(fù)雜事物的一種簡單描述方法，也是當(dāng)前自然科學(xué)研究中普遍應(yīng)用的一種科學(xué)方法。通過模型可以抓住事物最主要的特征，并以簡化的形式去再現(xiàn)原型的各種復(fù)雜結(jié)構(gòu)和功能。構(gòu)建模型，把模型用作研究客體的一種手段，這是人類在認(rèn)識世界和塑造世界的實踐中的一大創(chuàng)造。模型建構(gòu)思想是《普通高中生物課程標(biāo)準(zhǔn)》（以下簡稱課標(biāo)）的重要思維方法，可以培養(yǎng)學(xué)生建構(gòu)模型的能力，能夠促進(jìn)學(xué)生理解核心概念的形態(tài)、特征和本質(zhì)，提高學(xué)生的核心素養(yǎng)能力，是科學(xué)研究中重要的認(rèn)識手段和思維方式。課標(biāo)中明確要求：“了解建立模型等科學(xué)方法及其在科學(xué)研究中的作用，培養(yǎng)學(xué)生的建模思維和建模能力”。美國的《國家科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》中也明確把模型和科學(xué)事實、概念、原理、理論列為科學(xué)主題的重點，并將構(gòu)建、修改、分析、評價模型作為高中學(xué)生的基本科學(xué)探究能力。課標(biāo)也明確將運用模型與建模方法探討生命現(xiàn)象及規(guī)律作為培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的理性思維方面的重要目標(biāo)。并且在數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)等自然科學(xué)均明確將模型建構(gòu)作為培養(yǎng)學(xué)生提高科學(xué)素養(yǎng)的重要途徑。

1充分認(rèn)識模型建構(gòu)法在培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的價值和意義

1.1激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生關(guān)愛生命，積極探索生命奧秘的社會責(zé)任

偉大的科學(xué)家愛因斯坦說過：“興趣是最好的老師?！边@就是說一個人一旦對某事物有了濃厚的興趣，就會主動去求知、去探索、去實踐，并在求知、探索、實踐中產(chǎn)生愉快的情緒和體驗，進(jìn)而產(chǎn)生強烈的學(xué)習(xí)動機和欲望。高中生物學(xué)中有些內(nèi)容受學(xué)習(xí)條件、教學(xué)環(huán)境及教學(xué)時間的限制，難以讓學(xué)生在課堂上進(jìn)行直接觀察和深入探究。并且有些概念比較抽象，相關(guān)知識較為枯燥、乏味，學(xué)生感性認(rèn)識不足，自然難以激發(fā)他們對生命偉大的認(rèn)知與生命奧秘的探究欲望。如何將深奧的生命形象化？建構(gòu)模型就是一種很好的手段。如通過建構(gòu)細(xì)胞的結(jié)構(gòu)模型，不僅能夠幫助學(xué)生形成結(jié)構(gòu)與功能觀等生命觀念，而且對于激發(fā)學(xué)生形成投身科學(xué)、積極探索生命奧秘的社會責(zé)任與擔(dān)當(dāng)也有重要意義。再如在“生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性”教學(xué)中，與其教師枯燥地講解、學(xué)生單純地記憶，不如教師直接提供相關(guān)實驗材料，讓學(xué)生自主學(xué)習(xí)、分組討論、設(shè)計生態(tài)瓶，從結(jié)果中分析影響穩(wěn)定性的因素。這樣既提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，建立了生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的概念，更重要的是當(dāng)學(xué)生通過所學(xué)知識解決生產(chǎn)生活中的生物學(xué)問題如環(huán)境問題的時候，實際上也就培養(yǎng)了他們的社會責(zé)任和擔(dān)當(dāng)，這才是教育的根本目標(biāo)——育人。

1.2建構(gòu)知識體系，形成核心概念，培養(yǎng)理性思維

課標(biāo)明確將能夠運用歸納與概括、演繹與推理、模型與建模、批判性思維等方法探討生命現(xiàn)象及規(guī)律作為理性思維培養(yǎng)的目標(biāo)。建模是一項能力，更是一種方法，是培養(yǎng)學(xué)生歸納與概括、演繹與推理等理性思維能力的重要手段。如通過建構(gòu)如圖1所示的種群數(shù)量特征概念模型，不僅清晰地反映了概念之間的相互關(guān)系，有利于形成核心概念，而且也有效培養(yǎng)了學(xué)生的歸納與概括能力。沃森與克里克構(gòu)建DNA雙螺旋模型的過程也正是他們演繹與推理的過程。

1.3培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力

課標(biāo)將倡導(dǎo)探究性學(xué)習(xí)，提高公民科學(xué)素養(yǎng)作為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計的基本理念。也將科學(xué)探究作為生物學(xué)科核心素養(yǎng)一個核心方面。課堂教學(xué)中模型的構(gòu)建改變了傳統(tǒng)的教師“滿堂灌”局面，由過去被動的學(xué)習(xí)方式變?yōu)樽灾鞯膶W(xué)習(xí)方式完成了以教師、知識為中心，向以學(xué)生、能力、核心素養(yǎng)為中心的轉(zhuǎn)變。建立模型的過程是一個思維與行為相統(tǒng)一的過程。模型建構(gòu)法能夠促進(jìn)學(xué)生理解核心概念的形態(tài)、特征和本質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)生的探究能力、圖文轉(zhuǎn)換能力、邏輯思維能力、創(chuàng)新能力等，是科學(xué)研究中重要的認(rèn)識手段和思維方式。如在生物膜流動鑲嵌模型的構(gòu)建過程中，教師通過以科學(xué)史的探究為線索，結(jié)合問題串，層層遞進(jìn)引導(dǎo)學(xué)生不斷構(gòu)建、修正模型，既培養(yǎng)了學(xué)生的建模思維和建模能力，同時在模型構(gòu)建的過程中，學(xué)生也不斷質(zhì)疑、提出新問題，解決新問題。如對于教材中的電鏡照片所反映蛋白質(zhì)的對稱分布，有學(xué)生根據(jù)一些受體蛋白的結(jié)構(gòu)提出了質(zhì)疑，而蛋白質(zhì)的不對稱分布的冰凍蝕刻實驗證據(jù)，也由學(xué)生自主搜集得到。實際上這些看似簡單的方法，也正是高中生物教育所要完成的目標(biāo)：引導(dǎo)學(xué)生主動參與探究過程、勤于動手和動腦，逐步培養(yǎng)學(xué)生搜集和處理科學(xué)信息的能力、獲取新知識的能力、批判性思維的能力、分析和解決問題的能力等。

1.4提高復(fù)習(xí)效率，提升解題能力。

毋庸諱言，高中生物學(xué)教學(xué)的一個重要任務(wù)就是高考，因此提高復(fù)習(xí)效率，提升解題能力也是一個重要的教學(xué)目標(biāo)，對于高三學(xué)生顯得尤為重要。教師通過建構(gòu)模型，使知識得到簡化，突出主干知識相互聯(lián)系，可以有效提高復(fù)習(xí)效果。如復(fù)習(xí)原核細(xì)胞和真核細(xì)胞的區(qū)別時，學(xué)生就不僅僅要知道最根本的區(qū)別——有無細(xì)胞核，還要聯(lián)系細(xì)胞代謝、細(xì)胞分裂、遺傳、基因結(jié)構(gòu)等各方面相關(guān)知識形成概念圖，將零碎知識系統(tǒng)化，真正掌握概念的內(nèi)涵。教師通過建立相關(guān)的數(shù)學(xué)模型，將抽象知識總結(jié)出規(guī)律，能有效提升學(xué)生的解題能力。如蛋白質(zhì)的合成分子量和脫水量計算，DNA的結(jié)構(gòu)中堿基數(shù)量及比例計算，DNA分子的復(fù)制子代DNA數(shù)量，標(biāo)記DNA比例及所需某種脫氧核苷酸比例等，通過總結(jié)出規(guī)律、公式能極大提升學(xué)生的解題能力。

2在教學(xué)中應(yīng)用模型建構(gòu)法應(yīng)注意的問題

2.1真正以學(xué)生為中心，突出學(xué)生在模型建構(gòu)中的主體地位

模型建構(gòu)法不等同于教師的模型教學(xué)，其最大的價值是讓學(xué)生通過嘗試建立模型，體驗建立模型中的思維過程，領(lǐng)悟模型方法，并獲得或鞏固有關(guān)生物學(xué)概念。如在DNA結(jié)構(gòu)的教學(xué)中，教師拿著DNA雙螺旋的塑料模型講授DNA的結(jié)構(gòu)，與學(xué)生通過學(xué)習(xí)科學(xué)史自己建構(gòu)一個模型的教學(xué)效果是截然不同的。

2.2教師是模型構(gòu)建的指導(dǎo)者、促進(jìn)者和評價者

以學(xué)生為主體，絕不意味著教師就可以無所事事。由于知識、能力等方面的欠缺，學(xué)生往往在模型構(gòu)建過程中出現(xiàn)困難，構(gòu)建的模型也可能有不完善或錯誤的地方，這就需要教師積極地引導(dǎo)和客觀地評價。如在DNA復(fù)制模型的構(gòu)建過程中，學(xué)生對于復(fù)制的起點、方向等理解往往有偏差，認(rèn)為復(fù)制都是從末端開始、單向進(jìn)行。這時，教師需要提供相關(guān)資料，積極引導(dǎo)學(xué)生形成正確的觀點。在用橡皮泥制作減數(shù)分裂模型時，筆者發(fā)現(xiàn)有些學(xué)生沒有用不同顏色區(qū)別同源染色體與姐妹染色單體，這也幫助教師掌握了學(xué)情，暴露了教學(xué)中的薄弱點。

2.3要注意發(fā)現(xiàn)和保護(hù)學(xué)生在模型構(gòu)建過程中的創(chuàng)造性思維

生物學(xué)上有很多問題并沒有定論，學(xué)生在制作模型時，往往會展現(xiàn)出一些“奇思妙想”，而這也正是科學(xué)得以不斷進(jìn)步的動力。因此，在高中生物學(xué)教學(xué)中，教師應(yīng)該充分利用模擬實驗及構(gòu)建模型的機會來培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，鼓勵學(xué)生的創(chuàng)造性思維。如在生物膜流動鑲嵌模型構(gòu)建過程中，有學(xué)生根據(jù)“極性相似相溶”和磷脂分子的翻轉(zhuǎn)運動的原理，提出某些物質(zhì)是通過兩層磷脂分子的翻轉(zhuǎn)攜帶進(jìn)出細(xì)胞的觀點，這就很值得深思。

2.4不僅要注意模型結(jié)果.更要重視模型建構(gòu)的方法

在教學(xué)中，有些教師和學(xué)生拘泥于無足輕重的細(xì)節(jié)像與不像上，以形成一個具體化的模型為唯一的目的。這就背離了模型方法簡化、抽象出事物本質(zhì)的要旨，弱化了模型建構(gòu)法最重要的價值——培養(yǎng)學(xué)生的探究和創(chuàng)新思維。如有些教師在DNA多樣性教學(xué)中將全班學(xué)生排成一排，每人代表一種堿基，自由組合。課堂看似很熱鬧，但學(xué)生缺乏形象化之后抽象出思維的過程，使這個活動幼稚化為小學(xué)生玩的游戲，學(xué)生也很難獲得思維的訓(xùn)練。

3當(dāng)前模型建構(gòu)法教學(xué)存在的問題和建議

3.1對模型建構(gòu)法的教育價值和意義認(rèn)識不足

目前有許多教師仍然習(xí)慣于傳統(tǒng)“灌輸式”教學(xué)，認(rèn)為這些知識不借助模型同樣也可以講授，建構(gòu)模型太耽誤時間。這一方面與教師沒有充分認(rèn)識到模型的價值和功能有關(guān)，另一方面也與學(xué)校資源的缺乏及高考導(dǎo)向有關(guān)。實際上“磨刀不誤砍柴工”“授人以魚不能授人以漁”，教師引導(dǎo)學(xué)生掌握模型建構(gòu)的方法，自主建構(gòu)概念，效果比反復(fù)灌輸要好得多。同時由于目前高考試題考查仍然以知識點為主。如果能進(jìn)一步優(yōu)化評價機制，更加注重方法、能力、核心素養(yǎng)的考查也能有效促進(jìn)模型建構(gòu)法教學(xué)的實施。這實際上也正是高考改革的方向之一。

3.2理論儲備不足，疏于實踐

很多教師缺少模型建構(gòu)教學(xué)的相關(guān)理論知識，缺少對模型建構(gòu)教學(xué)在生物教學(xué)中如何運用的思考，不會用也不敢用模型建構(gòu)法實施教學(xué)。這就需要教師主動學(xué)習(xí)，及時更新自己的理論知識，勇于實踐，勤于實踐，尤其是隨著教學(xué)信息化的推進(jìn)，更加有利于模型教學(xué)的實施。

3.3拘泥于教材，以本為本

在建構(gòu)模型的時候，有些教師完全拘泥于課本的要求、方法和材料，不能根據(jù)教學(xué)需要恰當(dāng)應(yīng)用。如用樣方法調(diào)查種群密度時，筆者沒有按照教材安排野外實踐，而是選擇易得的大米和綠豆混合來進(jìn)行實驗，取得了非常良好的教學(xué)效果。

總之，模型建構(gòu)法有利于培養(yǎng)學(xué)生生物學(xué)科核心素養(yǎng)，更是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維與能力的重要手段，對于實現(xiàn)教育的根本目標(biāo)——育人有著深遠(yuǎn)的價值和意義。但目前其在高中生物教學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用尤其是實踐方面的應(yīng)用仍處于摸索階段，任重而道遠(yuǎn)。