生物模型促進(jìn)學(xué)生學(xué)科素養(yǎng)提升

谷會穎

生物學(xué)科是實(shí)驗(yàn)論證的學(xué)科，規(guī)律和方法都是通過探索的方式獲得。在課程改革的背景下，生物的學(xué)科教學(xué)方式和學(xué)生的學(xué)習(xí)方式進(jìn)一步邁向了科學(xué)研究的道路。教師不僅能夠傳遞給學(xué)生知識，重要的是還要教會學(xué)生觀察生活的方法，更重要的是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)的思維方法。想要進(jìn)行有效的引導(dǎo)，需要教師具備正確的教學(xué)觀，促進(jìn)學(xué)生的全面發(fā)展，將課堂教學(xué)諸要素進(jìn)行有機(jī)統(tǒng)一，體現(xiàn)學(xué)生的主體性、教學(xué)生成性和學(xué)習(xí)方式的協(xié)作性，遵循教學(xué)的客觀規(guī)律。

生物學(xué)科具備如下特點(diǎn)：

● 理論性、知識性強(qiáng)，知識點(diǎn)龐雜，需不斷積累。

● 應(yīng)用性、實(shí)踐性強(qiáng)，與生產(chǎn)、生活聯(lián)系密切，具有很強(qiáng)的實(shí)用性。

● 學(xué)習(xí)途徑廣泛，不局限于課本。

● 具有發(fā)展性。很多生物理論是不斷發(fā)展的，提出假說—驗(yàn)證假說—提出新的假說—驗(yàn)證新的假說，具有發(fā)展的觀點(diǎn)，避免絕對化。

● 注重觀察與實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)操作動(dòng)手能力非常重要。

如何將生物模型設(shè)計(jì)與制作同生物教學(xué)相結(jié)合，我在以下生物課程教學(xué)中進(jìn)行了嘗試。

生物多樣性

在講到生物多樣性時(shí)，強(qiáng)調(diào)生物能通過多種形式適應(yīng)環(huán)境，如形態(tài)的變化、顏色的變化、行為的變化等方面。教材雖然會給出一些圖片作為案例，但是距離學(xué)生的生活比較遠(yuǎn)，學(xué)生很難有真切的感受，因此我要求學(xué)生分幾步學(xué)習(xí)，以下以鳥類知識的學(xué)習(xí)為例說明。

● 將圖片打印后發(fā)給學(xué)生，要求學(xué)生對圖片中鳥類身體的頭、喙、頸、腳、身體的長度進(jìn)行測量，通過比例的形式表現(xiàn)鳥身體不同部位的長度。

● 查詢鳥類生活的環(huán)境，以及不同鳥的食性，把生活在同一環(huán)境中的鳥放在一起，把食性相同的鳥放在一起，分別觀察鳥類身體的特點(diǎn)和行為的共同點(diǎn)。

● 分析鳥類的身體和行為特點(diǎn)如何與環(huán)境相適應(yīng)，如涉禽在岸邊行走捕食水中生物，有“三長”的特點(diǎn)；陸禽善于行走，腿比較強(qiáng)健等。

● 根據(jù)鳥的特點(diǎn)用不同的材料進(jìn)行設(shè)計(jì)和模仿，如用輕黏土制作鳥身體的一個(gè)部位。在制作過程中，“像”與“不像”其實(shí)就是結(jié)合了數(shù)學(xué)的測量與美感的辨別。

這樣，通過前期測量，結(jié)合生物學(xué)知識，加入工程設(shè)計(jì)元素，結(jié)合自然美感，最終形成了鳥身體上的不同結(jié)構(gòu)的模型。

生物演化

生物演化是以時(shí)間尺度為標(biāo)準(zhǔn)的，在不同時(shí)間，不同的生物出現(xiàn)和滅亡了，生物也不斷出現(xiàn)變化。其中有個(gè)名詞學(xué)生非常感興趣——協(xié)同演化。學(xué)生很難理解物種之間是如何“協(xié)同”的，于是我用如下的方法讓學(xué)生理解。

● 找到一些生物之間共生關(guān)系比較密切的物種。

● 對物種的身體進(jìn)行測量，找到它們的“榫卯”結(jié)構(gòu)。

● 模擬它們的形態(tài)。

● 模擬它們的契合關(guān)系。

● 適當(dāng)改變比例，觀察是否還能契合。

● 與自動(dòng)化程序Arduino單片機(jī)相結(jié)合進(jìn)行判斷。

在此過程中，既是生物工程化的體現(xiàn)，同時(shí)加入智能控制元素，能夠自行判斷是否真的具有協(xié)同匹配的特點(diǎn)，從而引起學(xué)生的興趣，學(xué)生也加深了在這方面的理解。

綠色植物

每當(dāng)講到生物圈中的綠色植物，學(xué)生都希望利用顯微鏡進(jìn)行觀察，但是學(xué)生卻提出“很難固化所看到的顯微鏡中的情景”的問題。此外，像現(xiàn)實(shí)中植物的雙受精作用、葉片結(jié)構(gòu)等問題也都過于抽象，很難理解。因此我提議首先要了解實(shí)際生活中植物的狀態(tài)，以及植物和植物體結(jié)構(gòu)的基本知識；其次按照步驟分別對不同時(shí)刻的植物生理行為進(jìn)行“重現(xiàn)”。如植物雙受精作用：①先模擬花粉落在柱頭的樣子；②模擬花粉管的萌發(fā)；③模擬花粉的第一次分裂；④模擬繁殖核的分裂；⑤模擬精子進(jìn)入胚珠后雙受精的過程。在此過程中，學(xué)生不僅感受到植物雙受精的過程，還間接地復(fù)習(xí)了雌蕊的結(jié)構(gòu)（包括胚珠內(nèi)部結(jié)構(gòu)）等方面的知識。從而更加形象地體驗(yàn)了植物雙受精這個(gè)重要的知識點(diǎn)。同理還可以應(yīng)用在細(xì)胞分裂、物質(zhì)運(yùn)輸?shù)戎R點(diǎn)。

人體循環(huán)系統(tǒng)

人體的循環(huán)系統(tǒng)比較復(fù)雜，學(xué)生經(jīng)常會“丟三落四”，總會忘記其中的某些環(huán)節(jié)。利用STEAM方式，幫助學(xué)生重建人體循環(huán)系統(tǒng)，進(jìn)一步認(rèn)清血液流經(jīng)的部位及血流的方向。相比于標(biāo)本，親自動(dòng)手制作模型能幫助學(xué)生感受不同器官的比例、血流方向、組織的質(zhì)地等，并夯實(shí)原有的知識基礎(chǔ)。學(xué)生的制作一方面鞏固學(xué)習(xí)的成果甚至解決學(xué)習(xí)中的疑問，另一方面也鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力，加強(qiáng)學(xué)生測量—設(shè)計(jì)—制作—改進(jìn)—實(shí)現(xiàn)功能—完善美感—理解知識的過程。

在此基礎(chǔ)上，學(xué)生成果也被應(yīng)用于各種展示活動(dòng)，如全國科普日、北京科技周、城市科學(xué)節(jié)、科技嘉年華、北京市金鵬科技團(tuán)展示等，得到專家和觀眾的一致好評，還能有機(jī)會與專家面對面溝通和交流，改善和提高。