淺談科學(xué)思維素養(yǎng)在高中生物建模教學(xué)中的應(yīng)用

（山西省孝義市第二中學(xué)校，山西 孝義 032300）

一、研究背景

“模型”是人們?yōu)榱四撤N特定目的而對認(rèn)識對象所做的一種簡化的概括性的描述。根據(jù)最終表現(xiàn)形式差異，模型可分為概念模型、物理模型和數(shù)學(xué)模型。其中，物理模型則將原型以抽象或者做成實(shí)物模型進(jìn)行研究，如各種組織器官的立體結(jié)構(gòu)模型、結(jié)構(gòu)示意圖和模式圖等，數(shù)學(xué)模型建構(gòu)思維是教學(xué)中應(yīng)用最廣泛的理念，數(shù)學(xué)建模思想可以幫助學(xué)生對生物問題進(jìn)行分析、轉(zhuǎn)化，把文字轉(zhuǎn)化為直觀的模型，學(xué)生應(yīng)該在學(xué)習(xí)過程中逐步發(fā)展科學(xué)思維如能夠基于生物學(xué)事實(shí)和證據(jù)運(yùn)用歸納與概括、演繹與推理、模型與建模、批判性思維等方法，探討、闡釋生命現(xiàn)象及規(guī)律，審視或論證生物學(xué)社會議題。人教版生物課本也對模型做出了定義：模型是用實(shí)物的方式來將某種對象具體化的一種研究方式。模型的手段可以是抽象的，也可以是形象的；可以是定性的，也可以是定量的。

二、高中生物建?；顒訉?shí)施的作用

（一）有利于創(chuàng)建新的學(xué)習(xí)模式

在高中生物的學(xué)習(xí)過程中開始講授比較復(fù)雜的物質(zhì)轉(zhuǎn)化、遺傳結(jié)構(gòu)等知識，在高中學(xué)習(xí)中開展建模活動，減少了學(xué)生學(xué)習(xí)新知識的難度，極大地調(diào)動了他們的積極性和自主性。學(xué)生在自主或合作的方式解決問題后，可以大大提高其自身的學(xué)習(xí)能力，同時(shí)因?yàn)楹献?，師生之間的感情變得更好，班級的影響力和凝聚力顯著提高。

（二）有利于調(diào)動學(xué)習(xí)熱情

在高中的生物教學(xué)里，加強(qiáng)建模方式的應(yīng)用，可以創(chuàng)造生動、有趣味的課堂教學(xué)氛圍，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性主動性能得到充分的發(fā)揮。其中，借助生動的模型展示，可以簡化復(fù)雜抽象的知識，加深學(xué)生的理解和記憶，便于學(xué)生充分理解和掌握。學(xué)生在完成建模后，可以收獲相應(yīng)的成就感，進(jìn)而維持較高的學(xué)習(xí)熱情和興趣。

（三）有利于提高教師的教學(xué)水平

俗話說，“給學(xué)生一杯水，自己先有一桶水”，如果要教好學(xué)生生物方面的知識并且培養(yǎng)科學(xué)思維，教師自己需要不斷地學(xué)習(xí)和思考，深入研究教材的知識和建模的方法。生物教師要及時(shí)引入數(shù)學(xué)建模思想，把這些抽象的生物學(xué)理論直觀化，幫助學(xué)生消化這些知識點(diǎn)，建模的教育理念使教師對于生物模型建構(gòu)教學(xué)的內(nèi)涵和價(jià)值有一個(gè)理性的正確認(rèn)識，有利于生物學(xué)課程三維目標(biāo)的達(dá)成。

三、研究方法

（一）三大建模的不同應(yīng)用范圍

概念模型：它的出現(xiàn)最為頻繁，概念模型幾乎出現(xiàn)在所有的章節(jié)內(nèi)容。學(xué)生在課后復(fù)習(xí)時(shí)，可以梳理概念圖來將各章所學(xué)內(nèi)容穿起來，形成一個(gè)較為系統(tǒng)的知識網(wǎng)絡(luò)，這個(gè)方法能有效地記憶和理解，進(jìn)而更好地掌握知識。數(shù)學(xué)模型：主要應(yīng)用于定量分析，如結(jié)構(gòu)的相關(guān)計(jì)算，遺傳比例，蛋白質(zhì)和氨基酸的相關(guān)計(jì)算，遺傳病概率，種群密度調(diào)查，能量守恒定律等。物理模型：動物細(xì)胞與植物細(xì)胞的模型結(jié)構(gòu)，生物膜流動鑲嵌模型的分子模型，血糖調(diào)節(jié)模型等。

（二）篩選合適的教學(xué)材料

人教版高中生物學(xué)必修教材中有許多涉及模型的內(nèi)容，但并不是所有的知識都適合以課堂建模的形式呈現(xiàn)出來，并且要考慮建模的難度以及它適合的方法。教材中適合物理建模教學(xué)的知識點(diǎn)共27 個(gè)，涉及23 個(gè)不同的章節(jié)，可是高頻研究的只有8 個(gè)，這說明模型建構(gòu)教學(xué)并沒有在課堂上展開廣泛的教學(xué)應(yīng)用，國內(nèi)的建模教學(xué)處于初級階段，缺乏深入的研究和整理。

（三）建模教學(xué)的具體應(yīng)用

1.鞏固理論學(xué)習(xí)，掌握方法意義

借助生物學(xué)研究性學(xué)習(xí)活動，可以促使學(xué)生自主學(xué)習(xí)先進(jìn)的理論知識，引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合模型建構(gòu)中需要用的東西和可能出現(xiàn)的問題，制定配套可行的建模方案，進(jìn)而對模型建構(gòu)方法進(jìn)行充分掌握，并對模型建構(gòu)的生物學(xué)意義進(jìn)行明確。

2.教師引導(dǎo)調(diào)整模型構(gòu)建教學(xué)

在學(xué)習(xí)過程中，過難的知識點(diǎn)不僅很難讓學(xué)生短時(shí)間內(nèi)接收，同時(shí)容易產(chǎn)生錯(cuò)誤的認(rèn)知。因此，教師要清楚學(xué)生的認(rèn)知能力，并且根據(jù)它來調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，合適的程度才能正確引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，在探索知識的同時(shí)也要注意保護(hù)學(xué)生的質(zhì)疑精神和創(chuàng)造性思維。例如，以“建構(gòu)DNA 雙螺旋平面結(jié)構(gòu)模型”為例，在構(gòu)建過程中，學(xué)生要做好預(yù)習(xí)，清楚建模的內(nèi)容，然后教師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行制作，明確活動的步驟。其次，學(xué)生要準(zhǔn)備好相應(yīng)的教學(xué)工具。再次，學(xué)生要準(zhǔn)備不同顏色的正方形、三角形、長方形紙片，主要代表幾種不同的堿基，然后結(jié)合磷酸和脫氧核糖反向平行原則，對DNA 雙螺旋平面結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行組裝。最后，針對各個(gè)模型，教師要引導(dǎo)各個(gè)小組進(jìn)行展示和評價(jià)，及時(shí)指出存有不完善地方。又例如，染色體、染色單體、DNA 數(shù)目的變化是高中生物重點(diǎn)，抓住幾個(gè)細(xì)胞分裂圖中數(shù)量的變化繪制表格，將各個(gè)細(xì)胞的變化轉(zhuǎn)化為柱狀圖，讓學(xué)生更直觀的感受各個(gè)細(xì)胞在數(shù)量上的變化。這樣，學(xué)生對細(xì)胞分裂有了深入認(rèn)識，今后在解答這類題目時(shí)，會更加?jì)故臁?/p>

3.及時(shí)交流分享，延伸建模教學(xué)的意義

建模教學(xué)的目的就是幫助學(xué)生對課本上枯燥的概念形成一個(gè)具體的模型概念，每個(gè)學(xué)生對于同一句話的理解是有差別的，如果學(xué)生自己的想法和別人的理解產(chǎn)生了分歧，及時(shí)的溝通和正確的指引能夠加深學(xué)生對知識的掌握情況。對于學(xué)生的優(yōu)秀作品與想法，老師應(yīng)做好收集展示工作，幫助更多的學(xué)生從他們的認(rèn)識角度來學(xué)習(xí)生物。

結(jié)語

模型是事物原型的一種抽象體現(xiàn)，能體現(xiàn)原型的顯著特點(diǎn)，但不代表他是原型的完全體現(xiàn)。建模教學(xué)將課本上的文字、老師的教授話語轉(zhuǎn)化為實(shí)在的能理解觀察的具體概念，能讓老師更清楚地知道學(xué)生那些地方不容易理解正確，能讓學(xué)生更透徹的掌握好知識點(diǎn)，可以拉近學(xué)生與生物之間的距離，提高學(xué)生的生物核心素養(yǎng)。