探索生物模型建構(gòu)類內(nèi)容在思維型課堂中的教學(xué)

王帥

內(nèi)蒙古自治區(qū)自2018年開始實(shí)施新高考模式，學(xué)校、教師和學(xué)生進(jìn)入了新高考的過(guò)渡期。為此，一線教師利用現(xiàn)有教材研究新教材，利用現(xiàn)有課程資源開展新的模塊教學(xué)，從思想和行動(dòng)上做出了積極的調(diào)整。在此，針對(duì)高中生物中的模型建構(gòu)類內(nèi)容，探索“師生互動(dòng)，學(xué)思結(jié)合”的思維型課堂的教學(xué)過(guò)程。

一、高中生物教學(xué)中的模型建構(gòu)

模型建構(gòu)是自然科學(xué)中常用的方法。當(dāng)人們難以對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行操作或觀察時(shí)，可采取建構(gòu)模型的方法。學(xué)生在高中階段的生物課程中會(huì)陸續(xù)接觸到物理模型、概念模型和數(shù)學(xué)模型，初步掌握模型的建構(gòu)方法。與初中階段相比，高中生物課程標(biāo)準(zhǔn)在學(xué)習(xí)方法和探究能力方面對(duì)學(xué)生提出了更高的要求，學(xué)生需要通過(guò)構(gòu)建模型和研究模型來(lái)理解生物學(xué)概念，提高生物學(xué)科的探究能力。

能夠以直觀的實(shí)物或圖畫來(lái)認(rèn)識(shí)對(duì)象的模型屬于物理模型。物理模型包括靜態(tài)的結(jié)構(gòu)模型（如真核細(xì)胞三維結(jié)構(gòu)模型）和動(dòng)態(tài)過(guò)程模型（如減數(shù)分裂中染色體的變化模型）。真核細(xì)胞三維結(jié)構(gòu)模型是高中階段需要學(xué)生建構(gòu)的第一個(gè)模型，教材中提供了有關(guān)模型建構(gòu)的方法和可參考的例子。如提供了兩張模型的照片，同時(shí)也提出了評(píng)價(jià)模型的參考指標(biāo)，如科學(xué)性、藝術(shù)性、成本低廉等。在生物必修二“遺傳與進(jìn)化”部分還提供了DNA雙螺旋分子結(jié)構(gòu)的物理模型。這一由美國(guó)生物學(xué)家沃森和英國(guó)物理學(xué)家克里克建構(gòu)的DNA模型，最終模型與原型DNA結(jié)晶的X射線衍射圖相符，已經(jīng)獲得科學(xué)界的認(rèn)可。但是，教材雖然提供了指導(dǎo)方法，卻并未說(shuō)明所要使用的具體材料和工具，也未列出詳細(xì)的制作步驟，這就為學(xué)生發(fā)揮創(chuàng)造性留出了空間，也為教師的創(chuàng)造性教學(xué)留出了空間。教師可以引導(dǎo)學(xué)生以科學(xué)家的故事為背景，根據(jù)“基本單位—單鏈結(jié)構(gòu)—平面結(jié)構(gòu)—空間結(jié)構(gòu)”的順序逐步體驗(yàn)?zāi)Ｐ偷慕?gòu)過(guò)程和方法。

生物概念模型的分析與構(gòu)建是高中課程標(biāo)準(zhǔn)提出的新要求，教師可利用概念圖解、細(xì)胞亞顯微結(jié)構(gòu)、生物學(xué)過(guò)程圖解等概念模型的分析與建構(gòu)等，鍛煉并考查學(xué)生分析、獲取及處理信息的能力。教師在初期可通過(guò)概念圖和思維導(dǎo)圖來(lái)培養(yǎng)學(xué)生的相關(guān)能力。

孟德爾的遺傳定律是應(yīng)用數(shù)學(xué)模型的典型范例。在必修三“穩(wěn)態(tài)與環(huán)境”中有“嘗試建立數(shù)學(xué)模型解釋種群的數(shù)量變動(dòng)”的內(nèi)容，教材的“問(wèn)題探討”中提到細(xì)菌的繁殖速度非常快，并給出了基本已知條件，可以讓學(xué)生基于學(xué)過(guò)的數(shù)學(xué)知識(shí)，計(jì)算在營(yíng)養(yǎng)和生存空間不受限制的條件下2至9代細(xì)菌的數(shù)量，并推算出第n代的數(shù)量關(guān)系，畫出細(xì)菌種群增長(zhǎng)的曲線，進(jìn)而更好地理解較為復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型Nt=N0λt，讓學(xué)生從中體會(huì)到生物學(xué)規(guī)律可以用數(shù)學(xué)語(yǔ)言表達(dá)，同時(shí)也從具體的生物學(xué)現(xiàn)象中理解數(shù)學(xué)的本質(zhì)。

二、模型建構(gòu)類內(nèi)容在思維型課堂上的教學(xué)

高中新課程改革，一方面是對(duì)課程標(biāo)準(zhǔn)和教材的改變，另一方面是對(duì)傳統(tǒng)課堂的改變。為此，內(nèi)蒙古呼和浩特市第十四中學(xué)在過(guò)去“3+1”（“3”指教師講授時(shí)間不得超過(guò)30分鐘；“1”指學(xué)生自主學(xué)習(xí)時(shí)間不得少于10分鐘）教學(xué)模式的基礎(chǔ)上，開始實(shí)施“師生互動(dòng)，學(xué)思結(jié)合”的思維型課堂，包括“創(chuàng)設(shè)情境、提出問(wèn)題、自主探究、合作交流、總結(jié)反思、應(yīng)用遷移”六個(gè)環(huán)節(jié)。生物教師結(jié)合本校學(xué)生的特點(diǎn)，對(duì)模型建構(gòu)類教學(xué)內(nèi)容在思維型課堂中的教學(xué)進(jìn)行了探索和總結(jié)。

1.情景創(chuàng)設(shè)要符合學(xué)生的學(xué)情。教師準(zhǔn)備建構(gòu)活動(dòng)前，要全面了解學(xué)生的認(rèn)知水平和能力范圍，根據(jù)學(xué)生的預(yù)習(xí)情況創(chuàng)設(shè)情景，避免盲目創(chuàng)設(shè)不熟悉的情景，以提高教學(xué)的有效性。例如，在建構(gòu)真核細(xì)胞三維結(jié)構(gòu)模型時(shí)，教師可向?qū)W生展示已完成的簡(jiǎn)單的細(xì)胞模型，使學(xué)生在情景中得到啟發(fā)，并認(rèn)識(shí)到自己可以做得更好。

2.提出問(wèn)題要有針對(duì)性。問(wèn)題的提出要能引起學(xué)生的思考，要有拔高或強(qiáng)化思維的作用。問(wèn)題常設(shè)置在建模過(guò)程中的難點(diǎn)、疑點(diǎn)和學(xué)生的爭(zhēng)論點(diǎn)。如“設(shè)計(jì)并制作細(xì)胞模型時(shí)最先要保證的是什么”這樣的問(wèn)題，會(huì)促使學(xué)生思考并認(rèn)識(shí)到：最重要的是科學(xué)性和準(zhǔn)確性，要特別注意辨別內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體，其次才是模型的美觀。教師要通過(guò)恰當(dāng)?shù)膯?wèn)題為學(xué)生的自主學(xué)習(xí)搭建腳手架，提高學(xué)生課前預(yù)習(xí)、課上和課后學(xué)習(xí)的效率。

3.學(xué)會(huì)自主探究學(xué)習(xí)。在建構(gòu)真核細(xì)胞結(jié)構(gòu)模型自主學(xué)習(xí)的過(guò)程中，倡導(dǎo)學(xué)生利用容易獲得且成本低廉的材料，例如饅頭屑、大頭針、各種顏色的橡皮泥、酸奶瓶蓋子、涼粉等。學(xué)生在制作模型的過(guò)程中，提高了相關(guān)的理論知識(shí)水平，對(duì)核糖體、葉綠體、線粒體、高爾基體等各種細(xì)胞器的結(jié)構(gòu)和功能加深了理解，增強(qiáng)了識(shí)別亞顯微結(jié)構(gòu)模式圖的能力。為此，學(xué)生在制作過(guò)程中認(rèn)真觀察了必修一46頁(yè)的圖3-7，仔細(xì)分辨了細(xì)胞器之間的區(qū)別和大小比例，突破了學(xué)習(xí)中的重難點(diǎn)。

在建構(gòu)DNA雙螺旋物理模型的自主學(xué)習(xí)中，各組學(xué)生利用自制的教具、紙和鐵絲，分工合作，按照“基本單位脫氧核苷酸—脫氧核苷酸鏈—兩條脫氧核苷酸鏈DNA平面結(jié)構(gòu)—DNA空間結(jié)構(gòu)”的順序，完成了4次建模，沿著科學(xué)家的足跡，嘗試建構(gòu)了多種雙螺旋和三螺旋結(jié)構(gòu)模型。

4.合作交流培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)意識(shí)。教師放手讓課代表和小組長(zhǎng)組織合作學(xué)習(xí)，包括準(zhǔn)備工作、制作模型、問(wèn)題討論和成果展示，使學(xué)生之間加強(qiáng)了溝通，增進(jìn)了友誼，培養(yǎng)了集體意識(shí)和合作學(xué)習(xí)的能力。小組學(xué)習(xí)使學(xué)生的成就感增強(qiáng)，尤其是提高了基礎(chǔ)較差的學(xué)生學(xué)習(xí)生物的興趣。

5.以總結(jié)反思訓(xùn)練學(xué)生思維。真核細(xì)胞結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建，既是“細(xì)胞的基本結(jié)構(gòu)”一節(jié)的總結(jié)提升課，也是小組建設(shè)的德育課。學(xué)生在自評(píng)互評(píng)的過(guò)程中培養(yǎng)了批判性思維，提高了思維的縝密性。

6.注重學(xué)習(xí)遷移。教學(xué)中應(yīng)注重遷移，使學(xué)生可以沿著“具體—抽象—具體”的思路，通過(guò)“分析問(wèn)題—探究生物規(guī)律—解決實(shí)際問(wèn)題—建構(gòu)模型”的方法，體驗(yàn)具體到抽象的思維轉(zhuǎn)化。

三、總結(jié)

學(xué)生在模型建構(gòu)活動(dòng)中表現(xiàn)出極大的熱情，發(fā)揮了想象力與創(chuàng)造力，獲得了豐富的課堂體驗(yàn)，而“師生互動(dòng)，學(xué)思結(jié)合”的思維型課堂則充分體現(xiàn)了“以學(xué)生為主體，以教師為主導(dǎo)”。但是教學(xué)中仍然存在一些問(wèn)題，如學(xué)生常因表述能力較差而影響展示效果等。為此，教師還要進(jìn)一步研究如何做好教學(xué)互動(dòng)的設(shè)計(jì)者，如何使學(xué)生更深入地“學(xué)思”并提高表達(dá)能力，使學(xué)生在思維型課堂上獲得更大進(jìn)步。

參考文獻(xiàn)（編者略）

（責(zé)任編輯 郭向和）