基于核心素養(yǎng)的建模教學(xué)在生物學(xué)教學(xué)中的研究

摘 要：生物學(xué)科課程標(biāo)準(zhǔn)將模型方法規(guī)定為高中生必須掌握的科學(xué)方法之一。本文就如何優(yōu)選模型方法、倡導(dǎo)合作學(xué)習(xí)解決實(shí)際問題等方面闡述了生物建模策略在教學(xué)中的應(yīng)用和思考，主要側(cè)重于如何在生物課堂這塊“自留地”上進(jìn)行實(shí)踐的思考。

關(guān)鍵詞：生物學(xué)教學(xué);模型建構(gòu);核心素養(yǎng)

“發(fā)展學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)”是生物學(xué)教學(xué)的宗旨之一，科學(xué)素養(yǎng)最基本的含義是指學(xué)生能夠合理地將所學(xué)到的科學(xué)知識(shí)運(yùn)用到社會(huì)及個(gè)人生活中。生物學(xué)核心素養(yǎng)主要是指生命觀念、理性思維、科學(xué)探究和社會(huì)責(zé)任，這些素養(yǎng)的滲透在模型構(gòu)建中多有體現(xiàn)。

一、建構(gòu)模型需在理性思維中滲透生命觀念

在現(xiàn)有的江蘇高考的模式下，高中生在學(xué)習(xí)生物的過程中留給生物的學(xué)習(xí)時(shí)間大幅度縮小，教師在生物課堂上更注重高效到位，在這塊僅有的“自留地”上舍不得浪費(fèi)點(diǎn)滴時(shí)間。生物課并不是簡單的手工課，教師需要引導(dǎo)學(xué)生對原型的特征進(jìn)行理解和簡化，注重在構(gòu)建物理模型的過程中啟發(fā)學(xué)生思維滲透生命觀念。如在介紹酶的作用機(jī)理——降低化學(xué)反應(yīng)活化能一節(jié)中，教材就很好的用一個(gè)小汽車爬坡的例子闡釋降低活化能這一概念。用生活中的小汽車爬山坡和鉆山洞，哪個(gè)油耗高的生活案例解決了降低活化能這個(gè)核心概念的抽象難題。除了教材提供的生活實(shí)例，我們還利用多媒體手段設(shè)計(jì)一個(gè)動(dòng)畫，小球在加熱的情況下跳躍門檻，加了酶的反應(yīng)相當(dāng)于一個(gè)低門檻，只要少許加熱小球就能跳過去，而沒有催化劑的反應(yīng)就是一個(gè)高門檻，必須加熱足夠多的情況下才能跳過去。教學(xué)活動(dòng)依托模型方法，既側(cè)重于教學(xué)目標(biāo)在思維過程的體現(xiàn)，發(fā)展學(xué)生的思維分析、科學(xué)表述和實(shí)踐操作等能力，又在糅合知識(shí)點(diǎn)的構(gòu)建過程中讓學(xué)生感知了生命觀念在生物學(xué)中的體現(xiàn)。

二、建構(gòu)模型重在遵循認(rèn)知規(guī)律發(fā)展科學(xué)思維

學(xué)生在認(rèn)知某個(gè)現(xiàn)象時(shí)，一般從學(xué)習(xí)到模仿再到創(chuàng)新。教師在運(yùn)用建模策略教學(xué)時(shí)要充分考慮學(xué)生的認(rèn)知水平和規(guī)律，鼓勵(lì)學(xué)生通過觀察和分析建構(gòu)出原型最本質(zhì)屬性，允許學(xué)生試錯(cuò)、討論從而修正直至優(yōu)化模型。例如以蛋白質(zhì)為例，可用“△”“○”等不同符號表示氨基酸的種類，并且用“△-△-△ ”“△-△-△-△ ” “○-○-○-○”“○-○-△-○”“○-○-○-△”等不同組合和排列，用來呈現(xiàn)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)多樣性的原因。同時(shí)，也可用它來簡化對脫水縮合過程的數(shù)學(xué)推理。如對“肽鍵數(shù)=氨基酸個(gè)數(shù)-肽鏈條數(shù)”的推理，如采用以下步驟：1.由“○-○”“○-○-○”“○-○-○-○”“○-○-○-……○”，推理出“單鏈中，肽鍵數(shù)=氨基酸個(gè)數(shù)-1”;2.由“○-○;○-○”“○-○-○; ○-○-○-○-○”“○-○-○-○;○-○-○-……○”，推理出“雙鏈中，肽 鍵 數(shù)=氨 基 酸 個(gè) 數(shù)-2”;3.由“○-○-○-……○”“○-○ ○-○-○-○-○-……○”“○-○;○-○;○-○-○-……○”“○-○;○-○;○-○;……;○-○-……○”，推理出“多鏈中，肽鍵數(shù)=氨基酸個(gè)數(shù)-肽鏈條數(shù)”，這樣就可以明確推理過程，簡單而有效。在探究過程中學(xué)生的求知欲決定了參與度，學(xué)生探究能力決定了達(dá)成度，小組成員間的有效交流體現(xiàn)了思維廣度，這樣激發(fā)的思維沖突體現(xiàn)了傳統(tǒng)課堂模式的淡化和學(xué)生思維品質(zhì)的深化。

三、建構(gòu)模型能在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中進(jìn)行科學(xué)探究

探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程也具有建構(gòu)性和生成性，探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程同時(shí)也是學(xué)習(xí)者與他人（學(xué)習(xí)伙伴）的合作、對話和互動(dòng)中逐漸形成自己的認(rèn)知結(jié)構(gòu)的過程。教材實(shí)驗(yàn)形式是多樣的，建立相應(yīng)的模式是提高實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ牟呗灾?。以“探究pH影響酶的活性”為例，教師主要設(shè)計(jì)了三個(gè)環(huán)節(jié)：教學(xué)過程，實(shí)驗(yàn)方案，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。其中教學(xué)過程只要以問題情境導(dǎo)入，啟發(fā)學(xué)生總結(jié)影響酶活性的因素有哪些？從而明確實(shí)驗(yàn)課題“探究pH影響酶的活性”。實(shí)驗(yàn)方案主要是學(xué)生自己動(dòng)手設(shè)計(jì)表格，預(yù)測在酸性和堿性環(huán)境下對酶活性的影響。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)指具體操作實(shí)驗(yàn)的過程，以及把對應(yīng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果寫好。學(xué)習(xí)者是知識(shí)發(fā)生過程的探索者，是現(xiàn)實(shí)客體的變革者，是新的認(rèn)知結(jié)構(gòu)的構(gòu)建者，所以盡可能引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行自主學(xué)習(xí)。

四、建構(gòu)模型要在實(shí)踐中學(xué)會(huì)承擔(dān)社會(huì)責(zé)任

對于學(xué)生而言，通過建模來學(xué)習(xí)相關(guān)知識(shí)，可以完善知識(shí)體系，讓所學(xué)的知識(shí)在頭腦中形成思維模型。在創(chuàng)建模型的過程中磨練和培養(yǎng)的能力使學(xué)生在獨(dú)立面對新問題時(shí)，能迅速完成對問題的分析、對材料信息的辨識(shí)加工，從而提升了思維能力和解決問題的能力，在此過程中理解需要承擔(dān)的社會(huì)責(zé)任。例如對學(xué)校池塘生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的模型構(gòu)建，學(xué)生通過書本知識(shí)了解到維持生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的重要性，在對學(xué)生池塘生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性進(jìn)行調(diào)查時(shí)發(fā)現(xiàn)如下幾個(gè)問題：1.池塘水源有輕微污染;2.池塘生物組成成分分布不均。根據(jù)調(diào)查發(fā)現(xiàn)的問題，學(xué)生們分工合作，有分組給校長寫池塘調(diào)查報(bào)告并設(shè)計(jì)生態(tài)化池塘方案，有分組進(jìn)行池塘水源污染源調(diào)查，有分組進(jìn)行資料查詢以便提供給其他小組進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)池塘生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的模型。通過本次實(shí)踐使得學(xué)生的能力訓(xùn)練從課堂內(nèi)延展到課堂外，讓學(xué)生的知識(shí)和實(shí)踐環(huán)境保護(hù)得到很好的融合。學(xué)生能更好地了解生命現(xiàn)象，解釋生物規(guī)律，指導(dǎo)生活決策，承擔(dān)社會(huì)責(zé)任。

綜上所述，基于核心素養(yǎng)的建模教學(xué)策略并不是一個(gè)新穎的策略，但是卻有著旺盛的生命力和兼容性，可以與時(shí)俱進(jìn)的扎根在生物課堂，為課堂教學(xué)這塊“自留地”開辟了多樣而有效的風(fēng)景。

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作者簡介

孫靜艷（1981—），女，漢族，籍貫：江蘇無錫，碩士，中學(xué)一級教師，研究方向：生物教師。