從科學(xué)思維和實(shí)踐能力的角度談生物模型制作

朱云云 毛德明 李春霞

教育部 2017年頒布的 《普通高中生物課程標(biāo)準(zhǔn)》中 ， 在科學(xué)思維這一維度的核心素養(yǎng)中，明確提到模型與建模，并且在學(xué)業(yè)質(zhì)量中明確規(guī)定了模型與建模是第4級(jí)水平。模型是人們按照特定的科學(xué)研究目的 ， 在一定的假設(shè)條件下 ，再現(xiàn)原型客體某種本質(zhì)特征 （如結(jié)構(gòu)特性、功能、關(guān)系、過程等 ）的物質(zhì)形式或思維形式的類似物。常見生物模型包括概念模型、數(shù)學(xué)模型、物理模型等。物理模型是指以實(shí)物或圖畫形式直觀地表達(dá)認(rèn)識(shí)對(duì)象特征的模型。物理模型最大的特點(diǎn)就是形象直觀，它可以把學(xué)習(xí)的內(nèi)容直接展示到我們眼前，觀察和學(xué)習(xí)，甚至去想象。

高中生物學(xué)課程中的模型建構(gòu)活動(dòng)，是思維與行為相統(tǒng)一的過程，不僅讓學(xué)生通過嘗試建立模型，體驗(yàn)建立模型中的思維過程，領(lǐng)悟模型方法，獲得或鞏固有關(guān)生物學(xué)概念，也培養(yǎng)了學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新思維。由于課時(shí)有限和實(shí)踐成本高，大部分時(shí)候，課堂多用畫圖來代替其他更耗時(shí)的物理模型，形式非常單一。加之網(wǎng)絡(luò)的普及，使得學(xué)生習(xí)慣于通過搜索輕易獲得知識(shí)。實(shí)踐的缺失，導(dǎo)致學(xué)生實(shí)踐能力的日趨退化，也讓學(xué)生失去了在實(shí)踐中摸索以發(fā)展科學(xué)思維的機(jī)會(huì)。實(shí)踐能力不等同于動(dòng)手能力，一個(gè)成功的實(shí)踐過程的完成，需要具備一定的理論基礎(chǔ)，合理的實(shí)踐計(jì)劃，精益求精的實(shí)踐目標(biāo)，足夠的物質(zhì)和人力支持，解決困難的方法和堅(jiān)持不懈的精神。沒有體驗(yàn)的學(xué)習(xí)，剝奪的不僅僅是學(xué)生動(dòng)手操作的機(jī)會(huì)，也錯(cuò)過了教育真正的落腳點(diǎn)。

選題——科學(xué)思維的初次碰撞

選題時(shí)學(xué)生已經(jīng)在構(gòu)思作品如何完成，結(jié)合所學(xué)知識(shí)，選擇更巧妙和符合要求的材料，計(jì)劃需要幾人合作，預(yù)設(shè)可能遇到的難題，怎樣做出新意等問題。建模的科學(xué)思維和創(chuàng)新思維此時(shí)正處于活躍狀態(tài)，操作藍(lán)圖已打好初稿。

生物模型包括靜態(tài)模型和動(dòng)態(tài)模型。靜態(tài)的模型通常展示結(jié)構(gòu)，動(dòng)態(tài)模型通常展示過程。不過這也不是絕對(duì)的，有些過程利用動(dòng)態(tài)實(shí)在難以實(shí)現(xiàn)，可以建議學(xué)生將其轉(zhuǎn)化為流程圖的形式，制作出不同時(shí)期的靜態(tài)模型，再將其連起來。例如，興奮在神經(jīng)元之間的傳遞或動(dòng)植物細(xì)胞有絲分裂過程。靜態(tài)模型若只做一個(gè)，過于單一，建議學(xué)生設(shè)計(jì)成一個(gè)更大的概念，分類介紹，能夠清晰全面地說明問題。例如，學(xué)生制作草履蟲模型的想法修改成制作單細(xì)胞生物模型，通過對(duì)比能更好地理解草履蟲和單細(xì)胞生物的概念。這一步非?？简?yàn)學(xué)生的歸納概括和聯(lián)系所學(xué)知識(shí)的思維能力，提供給學(xué)生思路，學(xué)生就會(huì)模仿，探索出其他更好的主題，而模仿正是類比思維方式的外顯。

選材——思維與實(shí)踐的共同舞臺(tái)

材料是否別出心裁往往是一件作品創(chuàng)新與否的體現(xiàn)之一。在尋找材料的過程中，學(xué)生的觀察、類比推理等科學(xué)思維發(fā)揮重要作用。良好的觀察能力和類比推理能力會(huì)幫助學(xué)生發(fā)現(xiàn)身邊的可用之材，將作品用最適合、最簡(jiǎn)單最形象的材料組合出來。學(xué)生奇思妙想往往有精彩的結(jié)果：用廢舊籃球做動(dòng)物細(xì)胞、用豆子等食材粘貼出細(xì)胞結(jié)構(gòu)、用染成綠色的花生做柵欄組織和海綿組織、用方形的透明飯盒做植物細(xì)胞有絲分裂，圓形的飯盒做動(dòng)物細(xì)胞有絲分裂、用剪了的飲料瓶做葉綠體透明的兩層膜、用廢棄的吸管或者筆芯做噬菌體蛋白質(zhì)外殼、用輸液的塑料管做循環(huán)系統(tǒng)的血管、用毛線或者布料制作神經(jīng)細(xì)胞等等。

取材的過程秉承著能撿的不買，能要的不買，能集的不買的“三不買”原則，調(diào)動(dòng)學(xué)生解決問題的積極性，發(fā)掘?qū)W生真正的實(shí)踐能力。值得欣慰的是，其中就有學(xué)生在全年級(jí)募捐廢棄的筆芯，募捐外賣剩的飯盒，等等。

建模——科學(xué)思維和實(shí)踐能力的核心體現(xiàn)

模型方法的精髓體現(xiàn)在建立模型的探索與發(fā)現(xiàn)之中，往往需要進(jìn)行觀察或?qū)嶒?yàn)、歸納和演繹，運(yùn)用已有知識(shí)進(jìn)行假設(shè)、模擬，不親身經(jīng)歷其中的困惑與發(fā)現(xiàn)，很難領(lǐng)悟模型方法的要素與關(guān)鍵。作品的制作過程，往往是一個(gè)不斷解決問題，又不斷有新問題的過程，解決問題正是科學(xué)的本質(zhì)，也是學(xué)生實(shí)踐能力的核心體現(xiàn)。這不僅包含著學(xué)生的動(dòng)手操作能力，還包含著精益求精的目標(biāo)要求，小組合作的團(tuán)隊(duì)實(shí)踐精神，這些正是實(shí)踐能力最主要的體現(xiàn)。

例如，有學(xué)生的作品粘貼到板子上時(shí)，由于本身作品重量，嘗試了各種膠水，總是粘不住，時(shí)間一長(zhǎng)就掉下來。教師希望學(xué)生能通過自己的嘗試解決問題，建議他們?nèi)ベu膠水的商店，請(qǐng)教店家，試圖啟發(fā)學(xué)生知識(shí)的來源不能局限于課本和教師。有些作品需要學(xué)生手動(dòng)演示，而參觀者并不了解操作過程，這會(huì)導(dǎo)致參觀者忽視作品的價(jià)值，當(dāng)教師提出這樣的疑問時(shí)，學(xué)生經(jīng)過思考將操作流程加入作品介紹，也給參觀者以一定的興趣探索。

實(shí)踐能力離不開合作能力，合作不能單單強(qiáng)調(diào)奉獻(xiàn)、不能空喊口號(hào)，需要有計(jì)劃、科學(xué)性的實(shí)施。學(xué)生在制作模型的過程中對(duì)于組員的合理分工、處理偶發(fā)的矛盾、選擇得當(dāng)?shù)念I(lǐng)導(dǎo)者、建設(shè)團(tuán)隊(duì)精神等方面有了科學(xué)地認(rèn)識(shí)。這是筆寶貴的財(cái)富，避免感性和情緒化地看待問題，學(xué)會(huì)理智地解決人際問題?？茖W(xué)思維不僅僅體現(xiàn)在解決科學(xué)問題中，應(yīng)用在生活中才是真正的融會(huì)貫通，養(yǎng)成了良好的思維習(xí)慣。

包裝——實(shí)踐能力的美學(xué)體現(xiàn)

模型是一件展出作品，觀看者的視覺體驗(yàn)也是很重要的，美育是中學(xué)生培養(yǎng)的目標(biāo)之一。從版面設(shè)計(jì)，手工精美，到色彩搭配，處處體現(xiàn)學(xué)生的審美能力。版面的設(shè)計(jì)包括標(biāo)題、指示語(yǔ)、文字簡(jiǎn)介、排版、背景選擇。手工制作爭(zhēng)取精細(xì)、符合科學(xué)性要求，準(zhǔn)確地反映結(jié)構(gòu)或者過程。色彩搭配力求簡(jiǎn)潔、醒目、清晰。學(xué)生在制作中往往忽略對(duì)這些問題的考慮，教師的適當(dāng)指導(dǎo)，會(huì)啟發(fā)學(xué)生的思維，制作出科學(xué)性和設(shè)計(jì)性俱優(yōu)的作品。模型是為了將某一個(gè)結(jié)構(gòu)或者過程向觀眾解釋清楚，要避免為了顯得作品更“高檔”，過度花哨或者將簡(jiǎn)單問題復(fù)雜化，準(zhǔn)確、簡(jiǎn)潔、大方、美觀即可。

學(xué)生的主觀能動(dòng)性一旦被調(diào)動(dòng)，會(huì)激發(fā)出巨大的創(chuàng)造潛力。教師從“活動(dòng)育人”中看到了希望，也會(huì)調(diào)整自己的教學(xué)方式。模型制作的一次次修正，甚至推翻重來，也磨練了學(xué)生的意志。筆者發(fā)現(xiàn)將學(xué)生的模型作品用于教學(xué)之中，學(xué)生會(huì)更有成就感，激發(fā)出巨大的繼續(xù)創(chuàng)作的興趣。“模型制作展評(píng)活動(dòng)”的舉辦，為生物學(xué)的教和學(xué)開啟了一扇窗戶，促使我們更加重視應(yīng)用建模思想，以培養(yǎng)學(xué)生的生物學(xué)核心素養(yǎng)。

編輯/王? ? 波