生物學(xué)單元建模復(fù)習(xí)教學(xué)策略探析
——以人教版“生物與環(huán)境”單元建模復(fù)習(xí)為例

陳 欣 紀(jì)小蘋(píng)

（1.福建教育學(xué)院，福建 福州 350025；2.廈門(mén)第五中學(xué)，福建 廈門(mén) 361000）

為了激發(fā)學(xué)生好奇心與求知欲，圍繞挑戰(zhàn)性的學(xué)習(xí)主題，主動(dòng)參與建模探究活動(dòng)，復(fù)習(xí)鞏固生物學(xué)重要概念，學(xué)會(huì)運(yùn)用生命觀念解決真實(shí)情境中的實(shí)際問(wèn)題，發(fā)展科學(xué)思維能力與科學(xué)探究能力，樹(shù)立社會(huì)責(zé)任意識(shí)與擔(dān)當(dāng)，提高復(fù)習(xí)教學(xué)針對(duì)性與有效性。筆者嘗試以人教版“生物與環(huán)境”單元復(fù)習(xí)為例，探析中學(xué)生物學(xué)單元建模復(fù)習(xí)教學(xué)策略。

一、概述生物模型及建模教學(xué)

（一）生物模型

學(xué)界一般認(rèn)為模型是出于某一目的，對(duì)原型的本質(zhì)特征進(jìn)行概括性的、簡(jiǎn)化性的描述。［1］北京師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院劉恩山教授研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為：模型是對(duì)具體的實(shí)物、觀點(diǎn)、概念、事件、過(guò)程與系統(tǒng)等的表征。［2］這一觀點(diǎn)具體、形象、“接地氣”，有助于中學(xué)生認(rèn)識(shí)模型、主動(dòng)參與建模活動(dòng)。2019 年版人教社《高中生物學(xué)》結(jié)合國(guó)內(nèi)外有關(guān)模型及其類(lèi)型、表征方式、屬性、功能等研究成果，修訂生物模型相關(guān)內(nèi)容，基于學(xué)生學(xué)習(xí)生物學(xué)的視角，重新界定物理模型、數(shù)學(xué)模型、概念模型等生物模型類(lèi)型及其功能，彰顯模型在現(xiàn)代生物學(xué)研究及中學(xué)生物學(xué)課程學(xué)習(xí)中的重要作用。［1］

（二）中學(xué)生物學(xué)建模教學(xué)

建模即建構(gòu)模型簡(jiǎn)稱(chēng)。建模是生物學(xué)研究的重要方法，通過(guò)形成實(shí)體、符號(hào)或抽象表征的過(guò)程和產(chǎn)物，解決所研究的生物學(xué)問(wèn)題。建模教學(xué)是在中學(xué)生物學(xué)教學(xué)中教學(xué)生學(xué)會(huì)建構(gòu)模型，包括模型建構(gòu)、模型使用、模型評(píng)價(jià)、模型修正等建模知識(shí)、方法，以及指導(dǎo)建?；顒?dòng)的模型知識(shí)。［3］

追溯中學(xué)生物學(xué)建模教學(xué)歷程，可以發(fā)現(xiàn)，掛圖、生物模型等直觀教具是傳統(tǒng)中學(xué)生物學(xué)教學(xué)的重要手段，主要作為教師教學(xué)的教具幫助學(xué)生形象地認(rèn)識(shí)抽象、微觀的生物學(xué)概念。隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展及其與中學(xué)生物學(xué)教學(xué)的深入融合，直觀教具逐漸被多媒體技術(shù)所取代。同時(shí)，隨著中學(xué)生物學(xué)課程改革深入推進(jìn)，2007 年版人教社教科書(shū)《生物·必修1·分子與細(xì)胞》提出模型方法，并提供建?；顒?dòng)的課程資源，幫助教師逐步認(rèn)識(shí)模型及建模活動(dòng)的教育價(jià)值。［3］但是存在建?；顒?dòng)即手工活動(dòng)等認(rèn)識(shí)偏差，教師建模能力及指導(dǎo)能力有待提高?！镀胀ǜ咧猩飳W(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017 年版）》明確提出：學(xué)生應(yīng)該逐步學(xué)會(huì)基于生物學(xué)事實(shí)和證據(jù)運(yùn)用模型與建模等方法，探討、闡釋生命現(xiàn)象及規(guī)律，審視或論證生物學(xué)社會(huì)性議題，并對(duì)建模教學(xué)及學(xué)生建模能力發(fā)展提出具體要求。［5］

二、“生物與環(huán)境”單元建模復(fù)習(xí)教學(xué)策略

教師應(yīng)認(rèn)真研讀《義務(wù)教育生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2011 年版）》（下文簡(jiǎn)稱(chēng)課程標(biāo)準(zhǔn)），深入研讀包括學(xué)生學(xué)習(xí)用書(shū)、教師教學(xué)用書(shū)、其他版本義務(wù)教育生物學(xué)教科書(shū)、高中生物學(xué)教科書(shū)及小學(xué)科學(xué)教科書(shū)等教材，選擇挑戰(zhàn)性的單元復(fù)習(xí)建模教學(xué)主題，制定明確的單元復(fù)習(xí)建模教學(xué)目標(biāo)，引導(dǎo)學(xué)生開(kāi)展形式多樣的模型使用、模型建構(gòu)、模型評(píng)價(jià)及模型修正等建?；顒?dòng)，促進(jìn)學(xué)生深度復(fù)習(xí)，發(fā)展生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

（一）“生物與環(huán)境”單元復(fù)習(xí)建模教學(xué)的依據(jù)

1.課程標(biāo)準(zhǔn)

課程內(nèi)容各主題中有關(guān)“生物與環(huán)境”的重要概念及其教學(xué)要求等，為選擇“生物與環(huán)境”單元復(fù)習(xí)建模內(nèi)容、設(shè)計(jì)單元復(fù)習(xí)建模教學(xué)目標(biāo)、單元復(fù)習(xí)建?；顒?dòng)、方法及其評(píng)價(jià)奠定理論基礎(chǔ)。

有關(guān)“生物與環(huán)境”的重要概念主要源自課程標(biāo)準(zhǔn)的“課程內(nèi)容”“第三主題生物與環(huán)境”，部分源自第四、五、六、八等主題（表1）。這些重要概念蘊(yùn)含著結(jié)構(gòu)與功能觀、物質(zhì)與能量觀、系統(tǒng)觀、穩(wěn)態(tài)與平衡觀及進(jìn)化與適應(yīng)觀等生命觀念。

同時(shí)，課程標(biāo)準(zhǔn)對(duì)有關(guān)“生物與環(huán)境”重要概念教學(xué)程度及教學(xué)方法提出具體要求。要求通過(guò)觀察、探究、資料收集、處理、交流等探究活動(dòng)，促進(jìn)學(xué)生習(xí)得生物與環(huán)境關(guān)系的知識(shí)，學(xué)會(huì)觀察與調(diào)查的科學(xué)方法，認(rèn)同人與自然和諧發(fā)展的重要性，形成熱愛(ài)大自然、愛(ài)護(hù)生物的情感以及環(huán)境保護(hù)意識(shí)，積極參與保護(hù)生物多樣性的活動(dòng)。［6］

2.教材

人教版義務(wù)教育《生物學(xué)》教科書(shū)及教師教學(xué)用書(shū)是“生物與環(huán)境”單元建模復(fù)習(xí)教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)施的重要依據(jù)。

有關(guān)“生物與環(huán)境”單元建模復(fù)習(xí)內(nèi)容主要分布于人教版《生物學(xué)》教科書(shū)七年級(jí)上、下冊(cè)及八年級(jí)上冊(cè)的有關(guān)單元及章節(jié)（如表2）。教科書(shū)中“單元首語(yǔ)”“單元小結(jié)”以及教師教學(xué)用書(shū)中單元、章知識(shí)框架圖等是“生物與環(huán)境”單元建模復(fù)習(xí)教學(xué)主題選擇、教學(xué)目標(biāo)及教學(xué)方法設(shè)計(jì)的重要依據(jù)。

表2 人教版《生物學(xué)》有關(guān)“生物與環(huán)境”單元建模復(fù)習(xí)內(nèi)容［7］

（二）“生物與環(huán)境”單元復(fù)習(xí)建模主題的選擇

根據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)、人教版教材及建模教學(xué)原則，“生物與環(huán)境”單元復(fù)習(xí)建模主題主要包括“生物的生存依賴(lài)一定的環(huán)境”“生物與環(huán)境組成生態(tài)系統(tǒng)”“生物圈是人類(lèi)與其他生物的共同家園”等內(nèi)容（圖1）。

教師應(yīng)根據(jù)課程基本理念、課程內(nèi)容要求及學(xué)情與校情，深入開(kāi)展校本教研活動(dòng)，實(shí)現(xiàn)將教科書(shū)內(nèi)容轉(zhuǎn)化為教學(xué)內(nèi)容，繼而轉(zhuǎn)化為學(xué)生學(xué)習(xí)內(nèi)容等“三級(jí)轉(zhuǎn)化”，使得單元復(fù)習(xí)建模內(nèi)容有助于學(xué)生直觀、形象地認(rèn)識(shí)微觀、抽象的生物學(xué)重要概念，解釋生命現(xiàn)象、過(guò)程及其機(jī)制，展示各自想法和觀點(diǎn)，或預(yù)測(cè)事物的發(fā)展趨勢(shì)，梳理概念之間內(nèi)在邏輯關(guān)系，形成結(jié)構(gòu)化、系統(tǒng)化的概念體系，為設(shè)計(jì)明確的、可操作的教學(xué)目標(biāo)奠定基礎(chǔ)。

圖1 “生物與環(huán)境”單元復(fù)習(xí)建模主題

（三）“生物與環(huán)境”單元復(fù)習(xí)建模目標(biāo)的設(shè)計(jì)

根據(jù)“倡導(dǎo)探究性學(xué)習(xí)”等課程基本理念及課程具體內(nèi)容要求，設(shè)計(jì)“生物與環(huán)境”單元復(fù)習(xí)建模目標(biāo)，為設(shè)計(jì)與實(shí)施單元復(fù)習(xí)建?；顒?dòng)指明方向，并為評(píng)價(jià)單元復(fù)習(xí)建?；顒?dòng)效果提供依據(jù)。

“生物與環(huán)境”單元復(fù)習(xí)建模目標(biāo)是：第一，以獨(dú)立復(fù)習(xí)、小組討論、建構(gòu)概念模型等方式，舉例說(shuō)明生物的生存依賴(lài)一定的環(huán)境，概述生物與環(huán)境組成生態(tài)系統(tǒng)，闡明生物圈是人類(lèi)與其他生物的共同家園，說(shuō)明綠色植物對(duì)生物圈有重大作用，舉例說(shuō)明人是生物圈中的一員，舉例說(shuō)明動(dòng)物在生物圈中的作用，說(shuō)明保護(hù)生物多樣性的重要意義。初步建立生命系統(tǒng)觀、結(jié)構(gòu)與功能觀、物質(zhì)與能量觀、穩(wěn)態(tài)與平衡觀、進(jìn)化與適應(yīng)觀，并嘗試運(yùn)用這些生命觀念分析、解決自然界和社會(huì)中相關(guān)問(wèn)題。第二，能利用有關(guān)生物學(xué)事實(shí)和證據(jù)，嘗試運(yùn)用模型與建模等科學(xué)思維方法，說(shuō)明生物與環(huán)境相關(guān)概念的內(nèi)涵，對(duì)有關(guān)生物與環(huán)境問(wèn)題展開(kāi)探討、審視或論證。第三，嘗試以建構(gòu)模型的方式進(jìn)行復(fù)習(xí)，主動(dòng)參與小組討論，合作探究生物與環(huán)境相關(guān)問(wèn)題。第四，認(rèn)同人與自然和諧發(fā)展的意義，認(rèn)同動(dòng)物在維持生態(tài)平衡中的重要作用以及綠色植物對(duì)生物圈的存在和發(fā)展的決定性作用，確立保護(hù)生物圈及生物多樣性的意識(shí)與責(zé)任擔(dān)當(dāng)。

（四）“生物與環(huán)境”單元復(fù)習(xí)建?；顒?dòng)

圍繞單元復(fù)習(xí)建模教學(xué)目標(biāo)，“生物與環(huán)境”單元復(fù)習(xí)建模教學(xué)分3 個(gè)課時(shí)進(jìn)行。第1 課時(shí)主要由學(xué)生根據(jù)導(dǎo)學(xué)案進(jìn)行獨(dú)立復(fù)習(xí)、建構(gòu)有關(guān)模型，并開(kāi)展小組討論活動(dòng)，解決個(gè)人無(wú)法解答的有關(guān)問(wèn)題或復(fù)習(xí)后產(chǎn)生的新的問(wèn)題。第2 課時(shí)，聚焦本單元重要概念、生命觀念及科學(xué)研究方法等，并針對(duì)學(xué)生獨(dú)立復(fù)習(xí)存在的問(wèn)題及小組討論后尚無(wú)法解決的問(wèn)題，選擇合適的模型及模型組合，開(kāi)展模型使用、模型建構(gòu)、模型評(píng)價(jià)及模型修正等建模活動(dòng)，進(jìn)行“精講精練”。第3 課時(shí)主要進(jìn)行單元測(cè)驗(yàn)及講評(píng)，檢驗(yàn)單元復(fù)習(xí)建模教學(xué)效果，及時(shí)反饋、改進(jìn)教與學(xué)存在的問(wèn)題，達(dá)成單元復(fù)習(xí)建模教學(xué)目標(biāo)。

例如“生物與環(huán)境”單元復(fù)習(xí)建模教學(xué)第2 課時(shí)，以學(xué)生存在的前科學(xué)概念“環(huán)境即生物生活地點(diǎn)”導(dǎo)入復(fù)習(xí)教學(xué)。以生動(dòng)、形象的物理模型幫助學(xué)生舉例說(shuō)出生物生存的環(huán)境條件有水、溫度、空氣及光等，并能通過(guò)具體實(shí)例說(shuō)明生物之間的密切關(guān)系，鞏固“生物的生存依賴(lài)一定的環(huán)境”的認(rèn)識(shí)。利用表征方式多樣的生態(tài)系統(tǒng)概念模型幫助學(xué)生鞏固對(duì)生態(tài)系統(tǒng)組成的認(rèn)識(shí)，能夠正確分析生態(tài)系統(tǒng)組成成分概念模型，舉例說(shuō)明生產(chǎn)者、消費(fèi)者及分解者在生態(tài)系統(tǒng)中的不同作用。并指導(dǎo)學(xué)生正確分析食物鏈與食物網(wǎng)概念模型，糾正學(xué)生對(duì)食物鏈與食物網(wǎng)中生物之間關(guān)系的錯(cuò)誤描述。指導(dǎo)學(xué)生小組討論分析物質(zhì)與能量流動(dòng)概念模型，使得學(xué)生明確某些有害物質(zhì)可以通過(guò)食物鏈不斷積累的、生態(tài)系統(tǒng)的自我調(diào)節(jié)能力是有限的。并指導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)物質(zhì)與能量觀、穩(wěn)態(tài)與平衡觀、系統(tǒng)觀等生命觀念分析有關(guān)能量流動(dòng)的生產(chǎn)實(shí)踐案例及數(shù)學(xué)模型，促進(jìn)學(xué)生認(rèn)識(shí)研究能量流動(dòng)的生物學(xué)意義，建立保護(hù)環(huán)境的社會(huì)意識(shí)與責(zé)任擔(dān)當(dāng)。最后，教師分析、評(píng)價(jià)學(xué)生第1 課時(shí)完成的“生物與環(huán)境”單元概念圖（圖2），要求學(xué)生課后修正錯(cuò)誤、并分析出錯(cuò)原因，促進(jìn)學(xué)生明確概念圖繪制方法，學(xué)會(huì)正確運(yùn)用概念圖這一學(xué)習(xí)工具，建構(gòu)生物學(xué)概念體系，發(fā)展批判性思維與創(chuàng)新思維。

（五）“生物與環(huán)境”單元復(fù)習(xí)建模教學(xué)反思

提高學(xué)生正確運(yùn)用概念圖分析、歸納生物學(xué)概念是“生物與環(huán)境”單元復(fù)習(xí)建模教學(xué)的重點(diǎn)與難點(diǎn)，學(xué)生建模能力的形成與發(fā)展需要教師有計(jì)劃、有目的地指導(dǎo)。例如，學(xué)生伊始學(xué)習(xí)繪制概念圖時(shí)，可以利用填空式概念圖（如圖3），幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)概念圖的繪制原則及方法。學(xué)會(huì)將概念名稱(chēng)或描述概念定義的陳述句寫(xiě)在方框內(nèi)，以連接詞及帶箭頭的連接線(xiàn)表示概念之間的關(guān)系，使得概念圖中概念主要按照其抽象程度層級(jí)式排列。為了激發(fā)學(xué)生建模興趣，可以綜合思維導(dǎo)圖色彩、形狀等元素，使得概念圖符合學(xué)生認(rèn)知水平及認(rèn)知規(guī)律，有利于發(fā)展學(xué)生的創(chuàng)新思維。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間練習(xí)后，教師列出某單元或章節(jié)有關(guān)生物學(xué)概念名稱(chēng)或概念定義，要求學(xué)生繪制概念圖，指導(dǎo)學(xué)生根據(jù)概念圖繪制原則，嘗試獨(dú)立繪制。學(xué)生熟練掌握概念圖繪制方法后，只要列出學(xué)生應(yīng)繪制的概念圖名稱(chēng)，由學(xué)生獨(dú)立繪制。學(xué)生練習(xí)繪制概念圖時(shí)，一是切忌讓學(xué)生“死記硬背”教師所繪制的概念圖，或默許學(xué)生抄襲教科書(shū)、教輔資料上的概念圖或相互抄襲，否則不利于培養(yǎng)學(xué)生的建模能力，發(fā)揮建模的教育價(jià)值。二是根據(jù)單元建模復(fù)習(xí)教學(xué)目標(biāo)、學(xué)生概念圖上列出的生物學(xué)概念數(shù)目及其正確與否、概念之間聯(lián)系正確與否、是否標(biāo)示概念圖圖題及美觀程度等等設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。三是指導(dǎo)學(xué)生根據(jù)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行概念圖的自評(píng)、互評(píng)及教師評(píng)，且一定要給予學(xué)生修正概念圖的時(shí)間，并及時(shí)檢查、反饋學(xué)生修正情況，促進(jìn)學(xué)生提高建模能力與學(xué)習(xí)能力。

圖2 “生物與環(huán)境”單元概念圖

圖3 生態(tài)系統(tǒng)概念圖（填空式）

生物學(xué)建模復(fù)習(xí)教學(xué)應(yīng)聚焦生物學(xué)重要概念、生命觀念及科學(xué)方法，基于模型的功能視角，綜合考慮模型的類(lèi)型及表征方式等，創(chuàng)設(shè)真實(shí)的問(wèn)題情境，指導(dǎo)學(xué)生開(kāi)展使用模型、建構(gòu)模型、評(píng)價(jià)模型及修正模型等建?；顒?dòng)，促進(jìn)學(xué)生學(xué)會(huì)運(yùn)用模型進(jìn)行描述、解釋或預(yù)測(cè)事物及其發(fā)展，提供充足的時(shí)間與機(jī)會(huì)讓學(xué)生展示各自想法和觀點(diǎn)、溝通和理解彼此的觀點(diǎn)，幫助學(xué)生形成新的觀點(diǎn)，推理和解決問(wèn)題。此外，要及時(shí)分析、評(píng)價(jià)學(xué)生建構(gòu)的模型，要求學(xué)生重視修正模型。促進(jìn)學(xué)生復(fù)習(xí)鞏固生物學(xué)重要概念，學(xué)會(huì)運(yùn)用生命觀念開(kāi)展建模活動(dòng)，提高運(yùn)用模型進(jìn)行歸納與演繹、闡釋與論證、批判性思維與創(chuàng)造性思維等科學(xué)思維能力，以及建模探究能力，落實(shí)生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)培育這一課程核心任務(wù)。