學(xué)科關(guān)鍵能力視角下的初中生物學(xué)建模教學(xué)

邰玉韋

【摘 要】核心素養(yǎng)是綜合的、隱性的。開展不同的主題教學(xué)、發(fā)展學(xué)科關(guān)鍵能力是落實(shí)核心素養(yǎng)的有效途徑，生物學(xué)模型建構(gòu)能力屬于生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)之“科學(xué)思維”中關(guān)鍵能力的一部分。其教學(xué)策略包括聚焦問題情境，啟發(fā)建模意識(shí);重視科學(xué)引導(dǎo)，搭建建模腳手架;滲透建模思想，經(jīng)歷建模實(shí)踐;回歸實(shí)際生活，實(shí)現(xiàn)能力進(jìn)階。

【關(guān)鍵詞】初中生物學(xué) 核心素養(yǎng) 學(xué)科關(guān)鍵能力 模型建構(gòu)能力 深度教學(xué)

江蘇省常州市北郊初級(jí)中學(xué)生物教師，江蘇省中學(xué)特級(jí)教師，中學(xué)正高級(jí)教師。常州市教科院生物兼職教研員，常州市教育學(xué)會(huì)中學(xué)生物學(xué)教學(xué)專業(yè)委員會(huì)副理事長，江蘇省義務(wù)教育質(zhì)量監(jiān)測專家組核心成員，江蘇省重大改革實(shí)驗(yàn)研究項(xiàng)目指導(dǎo)專家。先后獲評(píng)江蘇省優(yōu)秀教育工作者、江蘇省教科研先進(jìn)個(gè)人、常州市教育領(lǐng)軍人才、常州市首屆“龍城十佳教師”等。在《生物學(xué)教學(xué)》《中學(xué)生物教學(xué)》《教學(xué)與管理》等期刊發(fā)表論文60余篇，出版?zhèn)€人專著《初中生物學(xué)科關(guān)鍵能力教學(xué)實(shí)踐》，參編論著《課型范式與實(shí)施策略·中學(xué)生物學(xué)》《義務(wù)教育學(xué)科核心素養(yǎng)·關(guān)鍵能力測評(píng)與教學(xué)（初中生物學(xué)）》《信息技術(shù)與初中生物學(xué)教學(xué)的融合與創(chuàng)新》等。提出“基于生物學(xué)科關(guān)鍵能力的深度教學(xué)”主張，其相關(guān)成果先后獲“2017年江蘇省教學(xué)成果獎(jiǎng)（基礎(chǔ)教育類）”二等獎(jiǎng)、2020年江蘇省“教育科學(xué)優(yōu)秀成果獎(jiǎng)”二等獎(jiǎng)。

《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》明確提出：“生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)是學(xué)生在生物學(xué)課程學(xué)習(xí)過程中逐漸發(fā)展起來的，在解決真實(shí)情境中的實(shí)際問題時(shí)所表現(xiàn)出來的價(jià)值觀念、必備品格與關(guān)鍵能力，是學(xué)生知識(shí)、能力、情感態(tài)度與價(jià)值觀的綜合體現(xiàn)?！盵1]倡導(dǎo)把學(xué)生的“未來生活世界”與“現(xiàn)實(shí)生活世界”統(tǒng)一起來，用生活化的內(nèi)容充實(shí)課堂教學(xué)。塑造生物特色的課堂，需要以系統(tǒng)的、結(jié)構(gòu)化的生物學(xué)科內(nèi)容為基礎(chǔ)，強(qiáng)調(diào)學(xué)科思想，以探究實(shí)踐等方法引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)生產(chǎn)生活實(shí)踐中有用的知識(shí)，在此基礎(chǔ)上理解核心素養(yǎng)的整體性、綜合性、進(jìn)階性、實(shí)踐性等建構(gòu)導(dǎo)向。而核心素養(yǎng)是隱性的，只能在解決真實(shí)情境的實(shí)際問題中表現(xiàn)出來，并在活動(dòng)中逐步生成，因此，突出學(xué)科關(guān)鍵能力的培養(yǎng)至關(guān)重要。生物學(xué)學(xué)科關(guān)鍵能力主要包括比較與分析能力、歸納與演繹能力、實(shí)驗(yàn)探究能力、模型建構(gòu)能力、創(chuàng)新思維能力等，開展不同的主題教學(xué)、發(fā)展學(xué)科關(guān)鍵能力是落實(shí)核心素養(yǎng)的有效途徑。

生物學(xué)模型建構(gòu)能力屬于生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)之“科學(xué)思維”中關(guān)鍵能力的一部分，是運(yùn)用科學(xué)的思維方法認(rèn)識(shí)事物、解決實(shí)際問題的思維習(xí)慣和能力，是學(xué)生終身發(fā)展所必備的關(guān)鍵能力。在“基于生物學(xué)科關(guān)鍵能力的深度教學(xué)”這一教學(xué)主張的引導(dǎo)下，筆者從2016年開始研究生物學(xué)學(xué)科關(guān)鍵能力視角下的初中生物學(xué)建模教學(xué)，探索生物學(xué)建模教學(xué)的方法與策略，積極尋找生物學(xué)模型建構(gòu)能力的內(nèi)涵和水平表現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)，通過課程主題活動(dòng)開發(fā)生物學(xué)模型建構(gòu)能力培養(yǎng)與評(píng)價(jià)的工具。

一、建模思想在生物學(xué)教學(xué)中的內(nèi)涵價(jià)值

模型是理論與實(shí)踐的橋梁，是實(shí)踐探究的重要成果之一?！澳Ｐ汀敝妇哂性拖嗨铺卣鞯奶娲?，是系統(tǒng)或過程的簡化、抽象和類比表示。借助模型可以對(duì)事物進(jìn)行描述、解釋與預(yù)測，利于交流和加深對(duì)事物的理解。微觀、宏觀不能直接做實(shí)驗(yàn)或不利于直接觀察的結(jié)構(gòu)、思維顯性化的概念等，常常用模型代替，包括一些模擬實(shí)驗(yàn)。生物學(xué)教學(xué)中的模型類型主要包括數(shù)學(xué)模型、概念模型和物理模型。因此，生物學(xué)建模教學(xué)主要指對(duì)學(xué)生數(shù)學(xué)模型建構(gòu)能力、概念模型建構(gòu)能力和物理模型建構(gòu)能力的培養(yǎng)與評(píng)價(jià)。

生物學(xué)建模是一種高度抽象的思維，建模主要指產(chǎn)生科學(xué)模型和培養(yǎng)模型建構(gòu)能力的過程[2]。建立生物學(xué)模型的動(dòng)態(tài)過程，包括對(duì)實(shí)際問題的提煉、歸納、簡化、建構(gòu)、檢驗(yàn)、解釋、應(yīng)用和拓展等。學(xué)生的建模過程，需要有解決問題的意識(shí)，需要進(jìn)行探究、論證、推理和解釋應(yīng)用等，這既能培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)方法和能力，又能幫助學(xué)生將所學(xué)概念進(jìn)行結(jié)構(gòu)化、系統(tǒng)化和意義化，是一種科學(xué)思維方式。在建模的過程中，可以基于相應(yīng)生物學(xué)科思想滲透，如分析、比較、判斷、想象和類比推理等，使學(xué)生掌握建模方法，從而激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，幫助學(xué)生解決生活實(shí)際問題，培養(yǎng)生物學(xué)科關(guān)鍵能力，發(fā)展學(xué)生科學(xué)思維。

二、學(xué)生生物學(xué)模型建構(gòu)能力的培養(yǎng)策略

1.聚焦問題情境，啟發(fā)建模意識(shí)

生物學(xué)概念的形成是一個(gè)主動(dòng)的建構(gòu)過程。課堂教學(xué)中，問題是學(xué)生思維的起點(diǎn)。教師需要整合課程內(nèi)容，開發(fā)更接近建模的原始情境材料，從發(fā)現(xiàn)問題和解決問題開始。如蘇教版生物學(xué)七年級(jí)上冊(cè)“細(xì)胞的分裂與分化”這節(jié)課，可以創(chuàng)設(shè)真實(shí)的“從種子到植株的生長過程”情境，并提出本節(jié)課統(tǒng)領(lǐng)性的整體問題“生物體的生長與細(xì)胞的哪些生理活動(dòng)有關(guān)”?；趯W(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，遵循問題解決的“總—分—總”規(guī)律，再將整體問題分解為“細(xì)胞生長”“細(xì)胞分裂”和“細(xì)胞分化”的局部問題，當(dāng)局部問題解決后，需要再回到整體問題上來，最后通過概念模型梳理三者之間的邏輯關(guān)系和因果關(guān)系：生物體由小長大的原因與細(xì)胞生長、細(xì)胞分裂和細(xì)胞分化都有關(guān)系，細(xì)胞生長的結(jié)果使細(xì)胞的體積增大;細(xì)胞分裂的結(jié)果使細(xì)胞的數(shù)目增加;細(xì)胞分化的結(jié)果使細(xì)胞的種類增加。在問題的呈現(xiàn)和解決的過程中，學(xué)生的建模意識(shí)已經(jīng)逐步形成，即形成了一種整體系統(tǒng)化研究事物的思維方法和模型結(jié)構(gòu)。

2.重視科學(xué)引導(dǎo)，創(chuàng)設(shè)建模的腳手架

生物學(xué)建模是一種抽象思維，對(duì)于初中生來說，掌握起來存在一定的難度。因此，學(xué)生建模能力的培養(yǎng)需要由易到難、循序漸進(jìn)、逐步深入，需要教師進(jìn)行方法上的引導(dǎo)，如示范模型制作的類型，或在任務(wù)單上提供基礎(chǔ)的構(gòu)建框架，讓學(xué)生自主發(fā)現(xiàn)，再主動(dòng)進(jìn)行建模。如蘇教版生物學(xué)七年級(jí)上冊(cè)“植物光合作用和呼吸作用原理的應(yīng)用”這節(jié)課，教師建模教學(xué)如下：①小組討論交流。學(xué)生每4人一組，結(jié)合教材和閱讀材料，討論提高草莓等農(nóng)作物產(chǎn)量的原理和具體措施，并將討論結(jié)果填寫在表格中，在全班范圍內(nèi)進(jìn)行交流。②分析生活、生產(chǎn)情境資料。教師提供相關(guān)的情境材料包括曲線圖、簡單的生產(chǎn)生活情境和生產(chǎn)問題等，學(xué)生通過自主學(xué)習(xí)，初步解決生活或農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的實(shí)際問題并進(jìn)行表達(dá)。③在此基礎(chǔ)上，學(xué)生再次結(jié)合光合作用與呼吸作用原理，設(shè)計(jì)繪制農(nóng)民科學(xué)種田的現(xiàn)代化場景圖，或用超輕黏土、透明大塑料盒等材料搭建一個(gè)現(xiàn)代溫室大棚的模型并展示，這種自主創(chuàng)作的物理模型已經(jīng)具有一定的STEM工程設(shè)計(jì)和探究理念，增加了活動(dòng)的趣味性。又如，日常生活用品中，各種工藝紙盒、飲料吸管、廢棄的電話線、一次性餐具、便利貼等，都可以模擬建構(gòu)如血液循環(huán)、神經(jīng)元結(jié)構(gòu)等物理模型。

3.滲透建模思想，經(jīng)歷建模實(shí)踐

生物學(xué)學(xué)科具有獨(dú)特的學(xué)習(xí)方法和思想，如生物體的結(jié)構(gòu)與功能是相適應(yīng)的;生物體具有多樣性和統(tǒng)一性;生物體具有遺傳性;生物通過自然選擇可以進(jìn)化;生物的特征屬性之間具有類比推理性等。學(xué)生參與建模的過程是生物學(xué)思想、方法、經(jīng)驗(yàn)、能力積累的過程，如蘇教版八年級(jí)下冊(cè)第二十二章第二節(jié)“人的性狀和遺傳”內(nèi)容，涉及“顯性基因”“隱性基因”“顯性性狀”“隱性性狀”等概念，比較抽象，學(xué)生對(duì)理解基因是如何控制生物性狀的這一遺傳規(guī)律感覺困難，可以借助類比推理開展模擬活動(dòng)。

活動(dòng)一：模擬遺傳過程，完成遺傳圖譜。每組準(zhǔn)備2個(gè)分別標(biāo)記“父”“母”的小桶，在每個(gè)桶中放入標(biāo)有字母D或d的小球各10個(gè);每次分別從兩個(gè)桶內(nèi)隨機(jī)抓取一個(gè)小球，記下兩個(gè)小球的字母組合，引導(dǎo)學(xué)生利用桶內(nèi)的小球創(chuàng)設(shè)不同的基因組合。再將抓取的小球放回桶中，搖勻，重復(fù)試驗(yàn)，并完成一對(duì)基因的遺傳圖譜。

活動(dòng)二：借用顏色直觀變化類比基因?qū)π誀畹目刂?。在“D”小球中放入黑色顏料，在“d”小球中放入乳白色的護(hù)手霜，分別表示小球中攜帶的使毛發(fā)呈現(xiàn)黑色和白色的物質(zhì)。完成遺傳圖譜分析后，學(xué)生打開“D”“d”小球，用牙簽挑起部分染料在載玻片上均勻混合，觀察最終形成的顏色，并提出問題“為什么在D與d的基因組合中得到的結(jié)果是黑色”，這促使學(xué)生思考當(dāng)顯性基因和隱性基因同時(shí)存在時(shí)，隱性基因所表現(xiàn)的性狀會(huì)被掩蓋，從而表現(xiàn)出顯性性狀。只有兩個(gè)隱性基因進(jìn)行組合時(shí)，才表現(xiàn)出隱性性狀。小球模擬類比實(shí)驗(yàn)直觀生動(dòng)地解釋了基因?qū)π誀畹目刂疲由盍藢W(xué)生對(duì)概念的理解，可以有效突破難點(diǎn)。

4.回歸實(shí)際生活，實(shí)現(xiàn)能力進(jìn)階

學(xué)生能夠?qū)W會(huì)解釋、應(yīng)用模型解決問題才是建模教學(xué)的真正目的。學(xué)生的建模水平從低層次到高層次主要表現(xiàn)在3個(gè)方面：①能初步用文字或圖示的方式表達(dá)生物學(xué)概念;②能正確解讀模型內(nèi)涵，準(zhǔn)確提取關(guān)鍵信息，實(shí)現(xiàn)圖文轉(zhuǎn)換;③能在新的問題情境中，選用恰當(dāng)?shù)姆绞綐?gòu)建模型，并運(yùn)用模型解決問題[3]。模型的描述屬于建模的低階能力，而模型的應(yīng)用或拓展屬于高階建模能力。因此，為幫助學(xué)生實(shí)現(xiàn)建模能力的進(jìn)階，就需要讓學(xué)生回到實(shí)際生活場景中，在新情境中應(yīng)用和遷移這些復(fù)雜關(guān)系的概念知識(shí)。如學(xué)生在課堂上建立了“生物的進(jìn)化”理論模型后，就應(yīng)該在面對(duì)大自然界中相似物種進(jìn)化現(xiàn)象的時(shí)候，能夠清晰地解釋其進(jìn)化的發(fā)生、發(fā)展、過程和原因，真正做到學(xué)以致用。

參考文獻(xiàn)

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[3] 吳舉宏.基于核心素養(yǎng)的初中生物學(xué)測試框架建構(gòu)——以江蘇省義務(wù)教育學(xué)業(yè)質(zhì)量監(jiān)測為例[J].生物學(xué)教學(xué)，2019，44（7）：49-53.

責(zé)任編輯：孫昕

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