高中生物模型建構(gòu)活動(dòng)中的問題設(shè)計(jì)策略

蔡方平 李楊科

【摘 要】在高中生物建模教學(xué)活動(dòng)過程中，問題是驅(qū)動(dòng)建?；顒?dòng)實(shí)施的起點(diǎn)和動(dòng)力，而問題設(shè)計(jì)的質(zhì)量直接影響建構(gòu)模型的質(zhì)量。設(shè)計(jì)優(yōu)質(zhì)問題的策略是：將學(xué)科內(nèi)涵、建模價(jià)值、方法思路、細(xì)節(jié)關(guān)注相統(tǒng)一，并使之于設(shè)計(jì)的問題中得以體現(xiàn)。

【關(guān)鍵詞】模型建構(gòu);問題設(shè)計(jì);建模教學(xué)

高中生物建模教學(xué)過程中，模型是教學(xué)活動(dòng)的載體，問題是模型建構(gòu)的驅(qū)動(dòng)力。怎樣設(shè)計(jì)優(yōu)質(zhì)問題呢？現(xiàn)以建構(gòu)“核酸是遺傳信息的攜帶者概念模型”（圖1所示）為例，設(shè)計(jì)出融入學(xué)科內(nèi)涵、體現(xiàn)建模價(jià)值、落實(shí)方法思路、關(guān)注設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)的優(yōu)質(zhì)問題。

1.融入學(xué)科內(nèi)涵

教學(xué)目標(biāo)是告訴學(xué)生怎樣做和預(yù)期可獲得結(jié)果的描述，而提出問題是教師發(fā)出任務(wù)活動(dòng)的指令和指向的具體化，是學(xué)生接受任務(wù)并朝向預(yù)期效果活動(dòng)的開始。提問是遵循認(rèn)知規(guī)律、指向系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)和展示邏輯線條，是進(jìn)行加工、內(nèi)化和輸出信息的學(xué)習(xí)“路標(biāo)”。建模教學(xué)問題設(shè)計(jì)需融入生物學(xué)科內(nèi)涵。

1.1生命觀念指本源

生命觀念包含結(jié)構(gòu)與功能觀、物質(zhì)與能量觀、進(jìn)化與適應(yīng)觀、穩(wěn)態(tài)與平衡觀。問題設(shè)計(jì)的出發(fā)和歸宿最終都指向生命觀念，生命觀念的內(nèi)涵實(shí)質(zhì)是生物學(xué)科教學(xué)問題設(shè)計(jì)的理論指導(dǎo)，是認(rèn)知生命的出發(fā)，也是生命本源的回歸。生命觀念為指導(dǎo)的問題設(shè)計(jì)，指向明確，有利于對生命的本質(zhì)和生命發(fā)展的規(guī)律認(rèn)識。

1.2科學(xué)思維作路徑

生物學(xué)科的科學(xué)思維，是以生物學(xué)事實(shí)和證據(jù)為基礎(chǔ)，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，認(rèn)識事物、解決實(shí)際問題的思維習(xí)慣和能力?？茖W(xué)思維方法與過程邏輯、方法途徑有關(guān)，問題設(shè)計(jì)包括有歸納與概括、演繹與推理等過程，并為解析模型、建構(gòu)模型和應(yīng)用模型服務(wù)。利用科學(xué)思維方法內(nèi)在的邏輯關(guān)系展現(xiàn)問題設(shè)計(jì)的路徑，讓問題更具清晰的思路。

1.3科學(xué)探究抓關(guān)鍵

生物教學(xué)中的科學(xué)探究，是指能夠發(fā)現(xiàn)生物學(xué)問題，針對特定的生物學(xué)現(xiàn)象，進(jìn)行觀察、提問、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、方案實(shí)施以及結(jié)果的交流與討論的能力。科學(xué)探究的完整思路一般具有“發(fā)現(xiàn)·提問→猜想·假設(shè)→方案·實(shí)施→結(jié)果·描述→推理·分析→結(jié)論·問題→交流·合作”步驟，其簡易變通思路是發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題。問題設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是具有探究性，融入科學(xué)探究思路的問題才是最有價(jià)值的問題，關(guān)注科學(xué)探究思路就能抓住問題設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。

1.4社會(huì)責(zé)任顯內(nèi)涵

建模教學(xué)過程中問題設(shè)計(jì)的終極目標(biāo)是指向社會(huì)責(zé)任的，課標(biāo)中提到的社會(huì)責(zé)任是基于生物學(xué)的認(rèn)識，參與個(gè)人與社會(huì)事務(wù)的討論，作出理性解釋和判斷，嘗試解決生產(chǎn)生活中的生物學(xué)問題的擔(dān)當(dāng)和能力。培養(yǎng)學(xué)生的問題意識，有利于實(shí)現(xiàn)社會(huì)責(zé)任的教學(xué)目標(biāo)。建模教學(xué)過程中問題設(shè)計(jì)的深刻內(nèi)涵彰顯包括：學(xué)生能用生物知識造福人類，關(guān)注社會(huì)，參與討論，辨別真?zhèn)?，保護(hù)環(huán)境，健康生活，關(guān)愛生命，解決問題等等。

1.5模型建構(gòu)呈結(jié)果

每一個(gè)模型的建構(gòu)都要聚焦一個(gè)中心問題，每一問題的解決都可對應(yīng)一個(gè)模型。如圖1聚焦的中心問題是：為什么說核酸是遺傳信息的攜帶者？該問題的答案可以在對應(yīng)的模型中尋找。如圖1所示概念模型中，各節(jié)點(diǎn)及其聯(lián)系就是一系列具有邏輯關(guān)系的子問題，子問題就能呈現(xiàn)中心問題的答案要素和邏輯關(guān)系。用模型建構(gòu)思路呈現(xiàn)問題的結(jié)果有利于問題的設(shè)計(jì)。

2.體現(xiàn)建模價(jià)值

理解課標(biāo)轉(zhuǎn)而為目標(biāo)，化目標(biāo)而為優(yōu)質(zhì)問題，不僅能為課堂教學(xué)提供良好開端，也能體現(xiàn)出建模的價(jià)值：提供教學(xué)主要內(nèi)容、呈現(xiàn)探究邏輯路徑、梳理建模基本思路、展示模型關(guān)鍵術(shù)語和分配學(xué)習(xí)活動(dòng)任務(wù)。如圖1所示內(nèi)容的三個(gè)問題能體現(xiàn)出建模的價(jià)值：①（宏觀把握結(jié)構(gòu)）畫出“元素組成→化學(xué)組成→基本單位→化學(xué)結(jié)構(gòu)”核酸構(gòu)成示意圖，解釋為什么不同生物的核酸不同？②（深入基本單位）用圖示表示核苷酸，比較核糖核苷酸和脫氧核苷酸異同，說出核苷酸的組成和種類各有哪些？③（結(jié)構(gòu)功能統(tǒng)一）說出核酸的種類和功能，并說明核酸為什么是遺傳信息的攜帶者？

2.1提供教學(xué)主要內(nèi)容

問題設(shè)計(jì)能提供教學(xué)的主要內(nèi)容，如圖1所示的核酸概念模型的問題設(shè)計(jì)中，就已經(jīng)展示了構(gòu)建核酸概念模型的主要內(nèi)容：核酸的元素組成、化學(xué)組成、基本單位、化學(xué)結(jié)構(gòu)，核酸的功能——遺傳信息的攜帶者等。

2.2呈現(xiàn)探究邏輯路徑

如圖1所示的核酸概念模型的建構(gòu)過程中，構(gòu)建模型的路徑在上述問題中有體現(xiàn)：宏觀把握核酸的結(jié)構(gòu)（元素組成→化學(xué)組成→基本單位→化學(xué)結(jié)構(gòu)）→深入基本單位的理解→突出結(jié)構(gòu)與功能相統(tǒng)一的生命觀念。

2.3梳理建?；舅悸?/p>

如圖1所示的核酸概念模型，建構(gòu)的基本思路在上述問題中有體現(xiàn)：元素組成→化學(xué)組成→基本單位→化學(xué)結(jié)構(gòu);核苷酸的組成和種類、以及核苷酸排列順序等等差異;核酸的核苷酸排列順序決定了核酸的差異性而與其功能相統(tǒng)

一。

2.4展示模型關(guān)鍵術(shù)語

如圖1所示的核酸概念模型的建構(gòu)，在問題設(shè)計(jì)中，對問題的文本描述出現(xiàn)了核酸概念模型的關(guān)鍵術(shù)語，如元素組成、化學(xué)組成、基本單位、化學(xué)結(jié)構(gòu)，核苷酸、核酸，核酸是遺傳信息的攜帶者等關(guān)鍵術(shù)語。

2.5分配學(xué)習(xí)活動(dòng)任務(wù)

如圖1的建構(gòu)，在問題設(shè)計(jì)中分配了活動(dòng)內(nèi)容、展示了活動(dòng)任務(wù)：①畫出“元素組成→化學(xué)組成→基本單位→化學(xué)結(jié)構(gòu)”核酸構(gòu)成示意圖，解釋不同生物的核酸不同;②用圖示表示核苷酸，比較核糖核苷酸和脫氧核苷酸異同，說出核苷酸的組成和種類;③說出核酸的種類和功能，并說明核酸是遺傳信息的攜帶者。

3.落實(shí)方法思路

解決問題包含起因、思路、過程、實(shí)質(zhì)和結(jié)果五個(gè)要素，利用科學(xué)探究的方法設(shè)計(jì)問題需明確自變量、因變量、以及自變量和因變量之間的關(guān)系。建模教學(xué)的核心是“模型”，問題設(shè)計(jì)的指向是模型的建構(gòu)（或解析或應(yīng)用）。如“核酸是遺傳信息的攜帶者”的第一個(gè)問題包含起因、思路、過程、實(shí)質(zhì)和結(jié)果五個(gè)要素：（宏觀把握結(jié)構(gòu)）畫出“元素組成→化學(xué)組成→基本單位→化學(xué)結(jié)構(gòu)”核酸構(gòu)成示意圖，解釋為什么不同生物的核酸不同？

3.1展示問題的起因

展示問題的起因，即“畫出‘元素組成→化學(xué)組成→基本單位→化學(xué)結(jié)構(gòu)核酸構(gòu)成示意圖”，結(jié)合教材展示出已知信息或素材，包含了元素組成、化學(xué)組成、基本單位、化學(xué)結(jié)構(gòu)等信息或素材。

3.2明晰問題的思路

明晰問題的思路，即“畫示意圖→據(jù)圖描述→得出結(jié)論”的思路，是問題的思路，也是過程的展示，問題的思路由此而明晰。有畫圖、有描述，也有分析得出結(jié)論，思路清晰，邏輯遞進(jìn)展示活動(dòng)。

3.3突出問題的過程

畫出“元素組成→化學(xué)組成→基本單位→化學(xué)結(jié)構(gòu)”核酸構(gòu)成示意圖，然后再解釋核苷酸的種類和差異，并進(jìn)一步說明與核酸的種類和功能的關(guān)系。先畫圖，再解釋，最后需說明而點(diǎn)題，有過程、有結(jié)果指向。

3.4聚焦問題的實(shí)質(zhì)

解釋為什么核酸是遺傳信息的攜帶者，必然與“元素組成→化學(xué)組成→基本單位→化學(xué)結(jié)構(gòu)”等有關(guān)，先畫出圖示再解釋，體現(xiàn)因果內(nèi)涵，聚焦了問題的實(shí)質(zhì)——核酸是遺傳信息的攜帶者與核酸的組成和結(jié)構(gòu)有關(guān)。

3.5顯現(xiàn)問題的結(jié)果

畫出核酸構(gòu)成的示意圖，再描述核苷酸的種類和差異、核酸的種類和功能，突出過程性結(jié)果——示意圖（或圖示）、終結(jié)性結(jié)果——核酸的結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系。問題的設(shè)計(jì)呈現(xiàn)了問題的結(jié)果指向。

4.關(guān)注設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)

所設(shè)計(jì)的問題既要以課標(biāo)內(nèi)容為指導(dǎo)，又要以教材為依據(jù)，還要體現(xiàn)學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)目標(biāo)，更要激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。因此，關(guān)注問題設(shè)計(jì)聚焦、準(zhǔn)確、規(guī)范、清晰、簡明等細(xì)節(jié)是十分必要的。

4.1問題聚焦精而不多

從教材看，問題聚焦的是“核酸是遺傳信息的攜帶者”，與“核苷酸→結(jié)構(gòu)→功能”這一思路相符，并將重心落在功能上。從課標(biāo)內(nèi)容描述看，將問題聚焦在“核苷酸→結(jié)構(gòu)→功能”思路上（見上述三個(gè)問題）。由此可見問題很聚焦，核心問題一個(gè)，聚焦在一個(gè)問題的三個(gè)邏輯點(diǎn)上，僅有三個(gè)關(guān)聯(lián)的問題，問題聚焦而不多。

4.2指向準(zhǔn)確正而不偏

“核酸是遺傳信息的攜帶者”的三個(gè)問題，指向準(zhǔn)確，分別指向基本單位、特定結(jié)構(gòu)、特定功能三個(gè)點(diǎn)。如組成核酸的基本單位節(jié)點(diǎn)問題是“用圖示表示核苷酸，比較核糖核苷酸和脫氧核苷酸異同，說出核苷酸的組成和種類各有哪些？”不偏不倚，正中節(jié)點(diǎn)——基本單位——核苷酸。

4.3術(shù)語規(guī)范簡而不繁

問題中必須呈現(xiàn)學(xué)科術(shù)語，學(xué)科術(shù)語是專用的、規(guī)范的、簡明的。如“核酸是遺傳信息的攜帶者”三個(gè)問題所包含的學(xué)科術(shù)語：“核酸是遺傳信息的攜帶者;元素組成、化學(xué)組成、基本單位、化學(xué)結(jié)構(gòu);核苷酸、核酸;DNA、RNA;結(jié)構(gòu)、功能”。

4.4邏輯清晰顯而不藏

如“核酸是遺傳信息的攜帶者”三個(gè)問題間的邏輯是清晰的：“基本單位→特定結(jié)構(gòu)→特定功能”。突出了“元素組成→化學(xué)組成→基本單位→化學(xué)結(jié)構(gòu)→特定結(jié)構(gòu)（核苷酸排序特定）→信息特定”——“遺傳信息的攜帶者”。

4.5描述簡明準(zhǔn)而不泛

問題的描述有活動(dòng)任務(wù)的關(guān)鍵詞語、有活動(dòng)的路徑指向、有方法思路的體現(xiàn)，并且簡明、準(zhǔn)確。如：“（深入基本單位）用圖示表示核苷酸，比較核糖核苷酸和脫氧核苷酸異同，說出核苷酸的組成和種類各有哪些？”該問題有活動(dòng)任務(wù)“畫圖和比較異同”，有路徑指向“根據(jù)圖示描述”，有方法思路“圖示信息轉(zhuǎn)換成文字信息”等等。問題描述的內(nèi)涵豐富而又簡明、準(zhǔn)確，易于理解，有利于解答問題。

【參考文獻(xiàn)】

[1]中華人民共和國教育部.普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）[M].北京：人民教育出版社，2018：4-5

（基金項(xiàng)目：四川省成都市2018年度教育科研課題《基于思維圖示化的高中生物建模教學(xué)策略研究》（CY2018M40）。）