高中生物教學(xué)中支架與建模教學(xué)法的融合應(yīng)用

吳玉章

摘 ? 要?將支架式教學(xué)法融入高中生物建模教學(xué)過程，可以降低學(xué)生進(jìn)行建模學(xué)習(xí)的難度，促進(jìn)深入理解建模內(nèi)容與建模思維，建構(gòu)內(nèi)化的知識體系，最終提升學(xué)生科學(xué)思維、科學(xué)探究能力和解決問題的能力。

關(guān)鍵詞?支架式教學(xué)法 ?建模教學(xué) ?高中生物 ?課堂

2017版新課標(biāo)提出：“應(yīng)用模型與建模等方法來探究、闡釋生物現(xiàn)象及其規(guī)律，審視或認(rèn)證生物學(xué)社會議題?！盵1]高中生物課程微觀且抽象內(nèi)容較多，對學(xué)生邏輯思維力、想象力和獲取信息能力要求較高，師生進(jìn)行建模教學(xué)與學(xué)習(xí)存在一定難度。支架式教學(xué)是以學(xué)生為中心，通過充分開發(fā)情境、協(xié)作、會話等學(xué)習(xí)環(huán)境要素，促進(jìn)學(xué)生主動學(xué)習(xí)、積極學(xué)習(xí)，最終使學(xué)生對當(dāng)前知識進(jìn)行有效建構(gòu)的一種教學(xué)方法[2]。筆者將支架教學(xué)融入高中生物建模教學(xué)過程，以期有效培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維與科學(xué)探究能力，最終達(dá)成提升生物學(xué)科核心素養(yǎng)的目的。

一、以情境為支架促進(jìn)構(gòu)建概念模型

課堂是教師、教材、學(xué)生三方之間思維相互碰撞的場所[3]。想要更好地達(dá)成以教師為主導(dǎo)、學(xué)生為主體、教材為載體的生動活潑高效學(xué)習(xí)課堂，最大限度地調(diào)動學(xué)生思維學(xué)習(xí)的積極性是課堂教學(xué)的首要任務(wù)。應(yīng)用一個(gè)個(gè)完整的小情境作為學(xué)習(xí)的支架，可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和熱情，在教師搭建的支架上點(diǎn)燃思維的火花，當(dāng)學(xué)生思維沿著支架攀援到頂端，教師再撤掉支架時(shí)，學(xué)生就能順利自我構(gòu)建知識模型。例如在種群的特征教學(xué)中，為了構(gòu)建種群各特征之間相互關(guān)系的概念模型，設(shè)置情境支架如下：1.臥龍自然保護(hù)區(qū)生活著我國的珍稀瀕危物種——大熊貓，假如你決定去該地觀賞它們，最讓你關(guān)心的問題是什么？答：數(shù)量（變化）。影響它們數(shù)量變化的特征有哪些呢？順勢指導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)種群密度、出生率和死亡率、遷入率和遷出率、年齡組成和性別比例等內(nèi)容。2.大熊貓最愛吃的食物是竹子，竹子的數(shù)量與大熊貓的數(shù)量密切相關(guān)，若要調(diào)查、統(tǒng)計(jì)當(dāng)?shù)卮蠹竦姆N群數(shù)量，該怎樣簡便又快捷地獲得統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)呢？在該情境中指導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)種群密度的調(diào)查方法——樣方法。3.保護(hù)區(qū)內(nèi)的中華竹鼠以竹筍和竹鞭為食，破壞竹子的生長，從而影響大熊貓的生存，能否繼續(xù)采用樣方法來估算中華竹鼠的種群密度呢？若不能又該怎樣做？引入并學(xué)習(xí)標(biāo)志重捕法。4.想一想，對于同一個(gè)種群而言，種群的各個(gè)特征之間有沒有內(nèi)在聯(lián)系？學(xué)生最終沿著情境的支架逐步推進(jìn)，有效地構(gòu)建出種群特征之間相互關(guān)系的概念模型（圖1）。

設(shè)置情境作為支架時(shí)，要注意聯(lián)系問題的核心，不可夸張和節(jié)外生枝，要精煉而講實(shí)效，要善于和教參給予的概念圖（圖2）相比較、分析，進(jìn)一步鞏固模型。

二、以問題為支架促進(jìn)構(gòu)建數(shù)學(xué)模型

圍繞高中生物學(xué)某個(gè)知識，教師設(shè)置精準(zhǔn)的提問，并將不同層次、不同角度的提問，按難度由低到高、由表及里，編織成符合學(xué)生認(rèn)知規(guī)律的問題串，即為學(xué)生搭建了方向明確、便于思考的支架，學(xué)生沿著這樣的支架逐步接近問題的事實(shí)和本質(zhì)，在腦海中就會順理成章地形成各種知識模型。例如基因選擇性表達(dá)數(shù)學(xué)模型的構(gòu)建，設(shè)問如下：1.追根溯源，同一體內(nèi)的紅細(xì)胞和心肌細(xì)胞是否由同一個(gè)細(xì)胞增殖分化形成？（由受精卵增殖分化形成，搞清體細(xì)胞來源）2.紅細(xì)胞和心肌細(xì)胞含有的遺傳物質(zhì)DNA是否相同？（相同，強(qiáng)化有絲分裂與細(xì)胞分化過程細(xì)胞DNA不變的觀念） 3.紅細(xì)胞是否含血紅蛋白基因和肌動蛋白基因？（有）心肌細(xì)胞是否含有血紅蛋白基因和肌動蛋白基因？（有） 4.為什么紅細(xì)胞能合成血紅蛋白而不能合成肌動蛋白？為什么心肌細(xì)胞能合成肌動蛋白而不能合成血紅蛋白？（表達(dá)基因不同） 5.造成紅細(xì)胞和心肌細(xì)胞在形態(tài)、結(jié)構(gòu)、功能上的差異的直接原因是什么？（合成的蛋白不同） 6.紅細(xì)胞和心肌細(xì)胞在形態(tài)、結(jié)構(gòu)和功能上差異的根本原因又是什么？（發(fā)揮作用的基因不同） 7.完成表格填空，在你認(rèn)為對的空里打鉤（表1）。

有了上述問題作鋪墊，結(jié)合學(xué)生思考的結(jié)果，便于師生共同形成：細(xì)胞分化的根本原因是基因的選擇性表達(dá)的結(jié)果[4]。最后，教師再適時(shí)提出以細(xì)胞類型為橫坐標(biāo)，基因類型和基因表達(dá)與否為縱坐標(biāo)的基因選擇性表達(dá)數(shù)學(xué)模型。

三、以材料為支架促進(jìn)構(gòu)建物理模型

大多數(shù)當(dāng)代中學(xué)生脫離了農(nóng)村生活和大自然，缺少很多基本生活常識和經(jīng)驗(yàn)。因此在布置構(gòu)建模型的任務(wù)時(shí)，要提供和展示一些可能作為模型原料的物體或材料，對一些學(xué)生接觸較少的材料進(jìn)行必要的介紹，然后由學(xué)生自主選擇材料進(jìn)行模型構(gòu)建。例如利用廢舊的物品制作生物膜模型可提供的材料有：球形藥丸蠟紙盒、普通塑料藥瓶、干大棗、鐵釘、鐵絲、廢舊電線、泡沫塑料等。提示：普通塑料藥瓶、干大棗和球形蠟紙盒都可做磷脂分子頭部，鐵絲和廢舊電線可做磷脂分子尾部，泡沫塑料殼可做蛋白分子。其中教師可以利用上述材料自主構(gòu)建一個(gè)相關(guān)的物理模型，也可以參與某一組和學(xué)生共同構(gòu)建模型。構(gòu)建模型應(yīng)當(dāng)限定時(shí)限。學(xué)生的模型構(gòu)建好以后，要進(jìn)行模型展示，而后互相評價(jià)和交流。教師要對學(xué)生構(gòu)建的模型進(jìn)行分析、評價(jià)并設(shè)置新的情境和練習(xí)題檢驗(yàn)?zāi)Ｐ褪欠竦卯?dāng)，幫助學(xué)生在構(gòu)建模型的基礎(chǔ)上解釋模型、運(yùn)用模型，提高他們解決實(shí)際問題的能力。

四、以建議為支架用于不同內(nèi)容的建模

在涉及到建模教學(xué)的課堂中，以建議為支架，搭起學(xué)生通向知識目標(biāo)的橋梁，能較好地達(dá)成建模的目標(biāo)。例如，通過探究溫度對酶活性的影響，來構(gòu)建溫度對酶活性影響坐標(biāo)曲線時(shí)，在對實(shí)驗(yàn)材料用具的選擇上建議學(xué)生用淀粉酶探究溫度對酶活性的影響，對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的鑒定上建議學(xué)生用碘液遇淀粉變藍(lán)的原理來鑒定淀粉酶活性，并與學(xué)生探討為什么不能用菲林試劑來檢驗(yàn)淀粉酶活性。在溫度梯度的設(shè)置上建議學(xué)生預(yù)實(shí)驗(yàn)，并在限定范圍設(shè)置溫度差更小的實(shí)驗(yàn)組。通過建議，學(xué)生減少了實(shí)驗(yàn)的盲目性，縮短了無效的實(shí)驗(yàn)時(shí)間，使構(gòu)建的坐標(biāo)曲線更科學(xué)、精準(zhǔn)、精美。

五、以案例為支架促進(jìn)有關(guān)內(nèi)容建模

案例分析對于學(xué)生有引領(lǐng)、示范和舉一反三的作用。在構(gòu)建人體細(xì)胞與外界環(huán)境的物質(zhì)交換模型時(shí)，教師以細(xì)胞有氧呼吸需要的氧氣和葡萄糖為例，推導(dǎo)氧氣和葡萄糖由外界通過呼吸系統(tǒng)、消化系統(tǒng)進(jìn)入血液循環(huán)系統(tǒng)，再由內(nèi)環(huán)境進(jìn)入組織細(xì)胞的過程。學(xué)生很容易就聯(lián)想到CO2的排放與O2的攝入正好相反。在構(gòu)建種群數(shù)量變化的數(shù)學(xué)模型時(shí)以細(xì)菌的繁殖為例，講解種群增長S型曲線時(shí)以生態(tài)學(xué)家高斯培養(yǎng)草履蟲實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為例，構(gòu)建負(fù)反饋調(diào)節(jié)模型時(shí)以食蟲鳥和害蟲捕食關(guān)系為例[5]，構(gòu)建能量金字塔和能量傳遞效率的計(jì)算公式都以某一條食物鏈及其各營養(yǎng)級同化的能量數(shù)值為例?？梢姡诮處熯M(jìn)行案例分析的框架中，學(xué)生對于建模與模型的認(rèn)知更加深有體會。

綜上所述，將支架式教學(xué)融入建模教學(xué)與學(xué)習(xí)過程中，能有效降低學(xué)習(xí)難度，促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情與探究欲望，有效幫助教學(xué)目標(biāo)達(dá)成。使學(xué)生對建模、析模、用模上有更深刻的體會和認(rèn)識，有效提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力，這也是提高中學(xué)生生物核心素養(yǎng)的重要途徑。

參考文獻(xiàn)

[1] 中華人民共和國教育部.普通高中生物課程標(biāo)準(zhǔn)（修訂稿）[S].北京：人民教育出版社，2017.

[2] 廖美芳，崔鴻.支架式教學(xué)方法在生物學(xué)探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的有效運(yùn)用[J].生物學(xué)教學(xué)，2009，34（08）.

[3] 王新梅.生物學(xué)課堂教學(xué)的設(shè)計(jì)[J].生物學(xué)教學(xué)，2009，34（08）.

[4] 朱正威，趙占良.高中生物必修1·分子與細(xì)胞[M].北京：人民教育出版社，2007.

[5] 朱正威，趙占良.高中生物必修3·生態(tài)與環(huán)境[M].北京：人民教育出版社，2007.

【責(zé)任編輯 ?鄭雪凌】