深度學(xué)習(xí)視域下高中生物概念教學(xué)中模型的建構(gòu)和應(yīng)用研究

摘 要：深度學(xué)習(xí)理論由美國知名學(xué)者布魯納提出，致力于激發(fā)學(xué)生的深度思考與批判思維能力。在此理論框架下，高中生物概念教學(xué)中模型的建構(gòu)顯得至關(guān)重要。它不僅有助于學(xué)生對抽象生物概念的直觀理解，更能推動深度學(xué)習(xí)理論在實(shí)踐中的應(yīng)用與發(fā)展。本研究從深度學(xué)習(xí)理論的角度，深入探討了高中生物概念教學(xué)中模型的構(gòu)建與其在教學(xué)中的實(shí)際應(yīng)用，旨在為提升教學(xué)效果、培養(yǎng)學(xué)生綜合素養(yǎng)提供新的思路與方法。

關(guān)鍵詞：深度學(xué)習(xí)；高中生物；教學(xué)模型；概念教學(xué)

新課程改革的不斷深化，對高中生物教學(xué)提出了新的要求，特別是對學(xué)生的思維發(fā)展和知識遷移能力給予了更多關(guān)注。在深度學(xué)習(xí)視域下，高中生物概念教學(xué)正積極探索多樣化的模型構(gòu)建方法，這種方法不僅有助于學(xué)生更直觀地理解和掌握生物概念，更能有效提升學(xué)生的類比推理和系統(tǒng)邏輯思維能力。通過這種教學(xué)方式，學(xué)生能夠?qū)⑺鶎W(xué)知識更好地遷移到其他情境中，實(shí)現(xiàn)知識的深度應(yīng)用和實(shí)踐，為培養(yǎng)學(xué)生的綜合素養(yǎng)奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)[1]。

一、深度學(xué)習(xí)視域下高中生物概念教學(xué)中模型構(gòu)建的重要性

（一）促進(jìn)學(xué)生思維發(fā)展

深度學(xué)習(xí)視域下的高中生物概念教學(xué)中模型的構(gòu)建，在促進(jìn)學(xué)生思維發(fā)展方面具有不可替代的作用。生物作為一門自然科學(xué)，其概念往往抽象且復(fù)雜，對于高中學(xué)生來說，理解這些概念并運(yùn)用到實(shí)際問題中是一大挑戰(zhàn)。而模型的構(gòu)建為學(xué)生提供了一個(gè)直觀、可視化的學(xué)習(xí)工具，使得抽象的概念得以具體化、形象化。通過構(gòu)建各類模型，學(xué)生不僅能夠更加清晰地理解生物知識的內(nèi)在聯(lián)系，還能在模型構(gòu)建的過程中鍛煉其邏輯思維能力。例如，在構(gòu)建生態(tài)系統(tǒng)模型時(shí)，學(xué)生需要考慮各種生物之間的相互作用以及它們與環(huán)境的關(guān)聯(lián)，這要求學(xué)生進(jìn)行深入的邏輯分析和綜合判斷。這樣的過程，無疑會讓學(xué)生的邏輯思維能力得到顯著提升。此外，模型的構(gòu)建還能激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維，在構(gòu)建模型的過程中，學(xué)生往往需要發(fā)揮想象力，嘗試不同的排列和組合，以找到最能反映生物概念的模型。這種探索和嘗試的過程，不僅能夠加深學(xué)生對生物概念的理解，還能培養(yǎng)其創(chuàng)新意識和實(shí)踐能力。

（二）實(shí)現(xiàn)知識遷移應(yīng)用

在深度學(xué)習(xí)視域下，高中生物概念教學(xué)中模型的構(gòu)建是實(shí)現(xiàn)知識遷移應(yīng)用的關(guān)鍵，知識遷移應(yīng)用能力是學(xué)習(xí)效果的重要衡量標(biāo)準(zhǔn)，它要求學(xué)生能靈活運(yùn)用所學(xué)知識于多變情境。模型，作為一種精練抽象的學(xué)習(xí)工具，可幫助學(xué)生洞察生物概念的本質(zhì)與規(guī)律。當(dāng)面臨新情境或問題時(shí)，學(xué)生可通過回顧先前構(gòu)建的模型來分析和解決，這恰恰是知識遷移的核心。通過構(gòu)建模型，學(xué)生能更清晰地理解生物知識間的內(nèi)在聯(lián)系，進(jìn)而形成全面系統(tǒng)的知識體系[2]。在解決實(shí)際問題時(shí)，學(xué)生便能從這個(gè)體系中迅速提取相關(guān)信息與方法，達(dá)成知識的遷移與應(yīng)用，同時(shí)，建模過程本身也是對學(xué)生解決實(shí)際問題能力的培養(yǎng)，在此過程中學(xué)生需運(yùn)用所學(xué)知識去分析和解決實(shí)際問題，這不僅加深了對知識的理解，也提升了解決問題的能力。再遇類似問題時(shí)，學(xué)生便可借鑒先前的建模經(jīng)驗(yàn)，迅速找到解決方案。

（三）轉(zhuǎn)變學(xué)生的學(xué)習(xí)方式

在深度學(xué)習(xí)的時(shí)代背景下，高中生物概念教學(xué)中模型構(gòu)建的重要性不容忽視，模型構(gòu)建不僅是對知識的整合與呈現(xiàn)，更是促進(jìn)學(xué)生從被動學(xué)習(xí)向主動學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，通過精心設(shè)計(jì)的模型構(gòu)建活動，可以引導(dǎo)學(xué)生逐步深入理解生物概念，形成系統(tǒng)的知識體系。模型構(gòu)建在生物教學(xué)中具有獨(dú)特的優(yōu)勢，它能夠?yàn)閷W(xué)生提供直觀、生動的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，幫助學(xué)生將抽象的概念具體化、形象化，從而加深對知識的理解和記憶，模型構(gòu)建活動強(qiáng)調(diào)學(xué)生的主動參與和實(shí)踐，能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性，提高學(xué)習(xí)的主動性和自覺性。此外，模型構(gòu)建還能促進(jìn)學(xué)生之間的交流與合作，在構(gòu)建模型的過程中，學(xué)生需要相互討論、協(xié)作，共同解決問題，這種合作式的學(xué)習(xí)方式不僅能夠培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作精神，還能讓學(xué)生在交流中碰撞思想、啟迪智慧，實(shí)現(xiàn)知識的共享和增值，通過模型構(gòu)建活動，學(xué)生可以在實(shí)踐中掌握知識、理解概念，實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)變，提高學(xué)習(xí)的效果和質(zhì)量，因此，教師應(yīng)重視模型構(gòu)建在教學(xué)中的應(yīng)用，積極引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行模型構(gòu)建活動，促進(jìn)學(xué)生全面而深入地理解生物知識。

二、深度學(xué)習(xí)視域下高中生物概念教學(xué)中模型的建構(gòu)和應(yīng)用策略

（一）構(gòu)建物理模型，對抽象生物概念直觀表達(dá)

物理模型是高中生物教學(xué)中極為重要的一類教學(xué)工具，它能夠通過直觀的方式展現(xiàn)生物中的抽象概念，幫助學(xué)生更好地理解和掌握相關(guān)知識。物理模型是指那些能夠模擬或再現(xiàn)生物現(xiàn)象、結(jié)構(gòu)或過程的實(shí)物模型，它們通常采用特殊的色彩、圖形和符號等手段，生動地展示生命現(xiàn)象的發(fā)生、發(fā)展和變化規(guī)律。在高中生物教學(xué)中，物理模型具有顯著的教學(xué)優(yōu)勢。由于生物知識涉及大量宏觀和微觀的結(jié)構(gòu)與過程，這些內(nèi)容往往難以通過語言或文字單獨(dú)描述清楚，而物理模型則能夠以三維立體的方式呈現(xiàn)這些結(jié)構(gòu)和過程，使學(xué)生能夠直觀地觀察到生物現(xiàn)象的本質(zhì)和特征，從而深化對生物概念的理解。

以《組成細(xì)胞的分子》這一章節(jié)的教學(xué)為例，教師可以利用物理模型來幫助學(xué)生更好地理解細(xì)胞分子的組成和結(jié)構(gòu)。為了構(gòu)建這一章節(jié)的物理模型，教師可以提前準(zhǔn)備一些教學(xué)器材，如彩色黏土、小球、小棒等，以便在課堂上指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行模型構(gòu)建。在教學(xué)過程中，教師可以先向?qū)W生介紹不同細(xì)胞分子的基本概念和分類，然后，引導(dǎo)學(xué)生使用教學(xué)器材構(gòu)建細(xì)胞分子的物理模型。例如，可以用彩色黏土代表不同的分子類型，通過黏土的顏色、形狀和大小來區(qū)分不同的分子，并用小棒將它們連接起來，模擬分子之間的相互作用。在模型構(gòu)建完成后，教師可以組織學(xué)生進(jìn)行小組討論和展示，讓他們分享自己的構(gòu)建過程和心得體會。通過這種方式，學(xué)生不僅能夠更加直觀地了解細(xì)胞分子的組成和結(jié)構(gòu)，還能夠在動手實(shí)踐的過程中加深對生物概念的理解。此外，教師還可以利用物理模型進(jìn)行知識點(diǎn)的拓展和延伸。例如，在介紹完細(xì)胞分子的基本組成后，教師可以引導(dǎo)學(xué)生思考這些分子在細(xì)胞生命活動中的作用和意義，從而幫助學(xué)生建立更加完整的生物知識體系。通過構(gòu)建物理模型的方式，教師可以幫助學(xué)生更加直觀地理解和掌握生物中的抽象概念，提高他們的學(xué)習(xí)興趣和積極性[3]。

（二）構(gòu)建數(shù)學(xué)模型，培養(yǎng)高中學(xué)生類比推理能力

數(shù)學(xué)語言豐富多樣，包括函數(shù)、圖像、計(jì)算公式、符號等多種形式。這些元素能夠有效地輔助我們理解和表達(dá)生物中的復(fù)雜現(xiàn)象，通過巧妙地運(yùn)用這些數(shù)學(xué)語言元素，結(jié)合生命活動的規(guī)律，我們可以構(gòu)建出反映生物知識本質(zhì)的數(shù)學(xué)模型，從而幫助高中生更好地掌握那些抽象難懂的生物概念。在高中生物教材中，可以看到許多數(shù)學(xué)模型的身影，如計(jì)算類模型，它們涉及遺傳規(guī)律的比例、基因頻率、遺傳病的概率、蛋白質(zhì)的相對分子量以及DNA結(jié)構(gòu)中堿基的數(shù)量與比例等。

以“細(xì)菌數(shù)量變化規(guī)律”的教學(xué)內(nèi)容為例，當(dāng)學(xué)生完成了這一部分的學(xué)習(xí)后，教師可以通過引入“澳大利亞地區(qū)野兔數(shù)量呈倍數(shù)增長”的現(xiàn)象，進(jìn)一步拓寬學(xué)生的視野，并激發(fā)他們對生物現(xiàn)象背后規(guī)律的探索欲望。通過多媒體展示，學(xué)生可以直觀地看到野兔數(shù)量在短時(shí)間內(nèi)迅猛增長的情況，這種視覺沖擊將有助于學(xué)生形成深刻的印象。接著，教師可以提出如“野兔數(shù)量為何會快速增長”和“這種種群增長的趨勢能不能一直維持下去”等一系列引導(dǎo)性問題，以促使學(xué)生深入地進(jìn)行思考。這些問題的探討將使學(xué)生逐漸認(rèn)識到，盡管研究對象從微觀的細(xì)菌轉(zhuǎn)變?yōu)榱撕暧^的野兔，但兩者在數(shù)量增長上卻呈現(xiàn)出相似的規(guī)律，這種跨物種的相似性，正是生物中普遍規(guī)律的體現(xiàn)，也是概念教學(xué)的關(guān)鍵所在。在學(xué)生對野兔數(shù)量增長現(xiàn)象有了一定理解后，教師可以引導(dǎo)他們回顧之前學(xué)過的細(xì)菌數(shù)量增長模型：在假設(shè)生存空間無限且營養(yǎng)物質(zhì)充足的情況下，細(xì)菌的數(shù)量增長遵循Nn=2n的公式，這一公式描述了細(xì)菌數(shù)量隨時(shí)間呈指數(shù)增長的規(guī)律。通過回顧這一模型，學(xué)生可以更加清晰地理解數(shù)量增長的基本概念和數(shù)學(xué)表達(dá)方式。為了進(jìn)一步鞏固學(xué)生的理解并鍛煉他們的類比推理能力，教師可以設(shè)定一個(gè)具體的初始野兔數(shù)量，比如，10只，并讓學(xué)生嘗試推導(dǎo)出新的增長公式。在這個(gè)過程中，學(xué)生需要運(yùn)用類比思維，將細(xì)菌的數(shù)量增長模型應(yīng)用到野兔數(shù)量增長的分析中，通過思考和推導(dǎo)，學(xué)生可以親手構(gòu)建出Nt=N0λt這樣的數(shù)學(xué)模型，其中N0代表初始數(shù)量，λ代表野兔數(shù)量是前一年野兔數(shù)量的倍數(shù)，t代表時(shí)間。學(xué)生在這個(gè)過程中學(xué)會了如何將抽象的概念轉(zhuǎn)化為具體的數(shù)學(xué)模型，并通過模型來分析和解決實(shí)際問題。這種構(gòu)建數(shù)學(xué)模型的過程，不僅幫助學(xué)生鞏固了種群“J”形增長的概念，還鍛煉了他們的類比推理能力和數(shù)學(xué)應(yīng)用能力。

（三）構(gòu)建概念模型，發(fā)展學(xué)生系統(tǒng)邏輯思維能力

概念模型是一種通過文字表述來概括某一事物本質(zhì)特征的方法，它能夠抽象地描繪生物中的核心概念、關(guān)鍵內(nèi)涵及重要外延知識。這種模型通常以概念圖的形式展現(xiàn)，不僅能有效表達(dá)概念之間的相關(guān)性，還能通過命題方式深刻體現(xiàn)概念之間的意義與聯(lián)系。構(gòu)建這樣的概念模型，對高中生來說有助于他們更深入地理解和掌握生物概念之間的聯(lián)系，完善生物知識架構(gòu)，并提升理解和運(yùn)用生物概念知識的能力。

以《基因表達(dá)與性狀的關(guān)系》為例，這是一個(gè)涉及多個(gè)抽象概念的主題，包括基因、表達(dá)、性狀等，為了幫助學(xué)生更好地理解和掌握這些概念及其相互關(guān)系，教師可以引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建概念模型。首先，教師可以讓學(xué)生明確這些核Xy1KAaHfsl61b2QDp2g0KiU3o6wlPGYFM3BeaK6p/z8=心概念的定義和內(nèi)涵，如基因是遺傳信息的載體，表達(dá)是基因轉(zhuǎn)錄和翻譯的過程，性狀是生物體可觀察的物理或生化特征等。然后，教師可以指導(dǎo)學(xué)生思考這些概念之間的聯(lián)系，例如，基因如何影響性狀，表達(dá)過程中哪些因素可能影響性狀的最終表現(xiàn)等。最后，教師可以引導(dǎo)學(xué)生使用概念圖來可視化這些概念和它們之間的關(guān)系。在概念圖中，基因、表達(dá)和性狀可以被表示為節(jié)點(diǎn)，而它們之間的關(guān)系則可以通過箭頭或線條來表示，例如，從基因節(jié)點(diǎn)指向表達(dá)節(jié)點(diǎn)的箭頭可以表示“基因通過表達(dá)影響性狀”，而從表達(dá)節(jié)點(diǎn)指向性狀節(jié)點(diǎn)的箭頭可以表示“表達(dá)的結(jié)果決定性狀”。通過構(gòu)建這樣的概念模型，學(xué)生不僅能夠清晰地看到各個(gè)概念之間的聯(lián)系，還能更深入地理解基因如何影響性狀以及表達(dá)過程中可能發(fā)生的各種變化。這種對概念之間關(guān)系的深入理解，將有助于學(xué)生在解決復(fù)雜問題時(shí)進(jìn)行更系統(tǒng)的思考。此外，教師還可以鼓勵(lì)學(xué)生自主構(gòu)建和應(yīng)用思維導(dǎo)圖來進(jìn)一步鞏固和拓展他們對生物概念的理解。思維導(dǎo)圖是一種與概念模型類似的可視化工具，它可以幫助學(xué)生整理和組織大量的信息，并清晰地展示出概念之間的層次關(guān)系和邏輯關(guān)系。通過定期構(gòu)建和應(yīng)用思維導(dǎo)圖，學(xué)生可以不斷提升自己的系統(tǒng)邏輯思維能力，從而更全面地掌握生物的核心概念。

（四）變形拓展，實(shí)現(xiàn)知識的深度遷移與應(yīng)用

深度學(xué)習(xí)不僅要求學(xué)生掌握知識本身，更要求學(xué)生在面對新問題時(shí)能夠從不同角度審視問題，舉一反三，靈活運(yùn)用所學(xué)知識進(jìn)行分析和解決。這一特征在模型建構(gòu)教學(xué)中體現(xiàn)得淋漓盡致：為了達(dá)到深度學(xué)習(xí)的遷移應(yīng)用目標(biāo)，教師在模型建構(gòu)教學(xué)中可以采用變式訓(xùn)練的方法。這種變式訓(xùn)練不是對原有模型簡單地進(jìn)行復(fù)制或模仿，而是通過對原有模型的變形、拓展，來檢驗(yàn)和加深學(xué)生對生物概念的理解。通過這種方式，學(xué)生能夠更好地認(rèn)識到生物知識的內(nèi)在邏輯和關(guān)聯(lián)性，鍛煉知識遷移能力，培養(yǎng)創(chuàng)新思維和問題解決能力，進(jìn)而提升其科學(xué)素養(yǎng)和探究能力。

以人教版選擇性必修二《生態(tài)系統(tǒng)的能量流動》一節(jié)為例，傳統(tǒng)的能量流動模型通常是以食物鏈為基礎(chǔ)，展示能量在各級消費(fèi)者之間的傳遞和損失。然而，這種模型雖然直觀，但對學(xué)生來說可能過于抽象，難以真正理解能量流動的復(fù)雜性和動態(tài)性。因此，教師可以通過對原有模型的變形和拓展，幫助學(xué)生更深入地理解這一概念。教師可以構(gòu)建一個(gè)更為復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)模型，引入更多的生態(tài)因素，如氣候變化、物種多樣性、人為干擾等，來模擬真實(shí)生態(tài)系統(tǒng)的復(fù)雜性。在這個(gè)拓展模型中，學(xué)生可以直觀地看到能量在不同生物之間的流動，以及各種生態(tài)因素對這一流動的影響。例如，氣候變化可能導(dǎo)致生產(chǎn)者（如，植物）的生長周期改變，進(jìn)而影響初級消費(fèi)者（如，食草動物）的食物來源，最終影響整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的能量流動。此外，教師還可以引導(dǎo)學(xué)生參與模型的變形和拓展過程。具體做法是：將學(xué)生分組，并讓每組在原有模型的基礎(chǔ)上引入一個(gè)新的生態(tài)因素，預(yù)測這一因素對能量流動的影響。隨后各組展示并討論變形后的模型，比較模型之間的異同，從而加深對能量流動概念的理解。最終實(shí)現(xiàn)知識的遷移，并將其應(yīng)用到環(huán)境保護(hù)、生態(tài)平衡等實(shí)際問題中去，為之提出合理的建議和解決方案。

結(jié)束語

總之，深度學(xué)習(xí)視域下高中生物概念教學(xué)中模型的建構(gòu)可以有效提升學(xué)生的學(xué)習(xí)效果與知識應(yīng)用能力，通過構(gòu)建物理模型、數(shù)學(xué)模型、概念模型并進(jìn)行變形拓展，不僅能夠幫助學(xué)生直觀地理解抽象概念，還能促進(jìn)他們的邏輯思維、類比推理能力以及知識遷移與應(yīng)用能力的發(fā)展。因此，教師應(yīng)積極探索并應(yīng)用多樣化的模型構(gòu)建方法，以優(yōu)化高中生物教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的綜合素養(yǎng)，從而為高中學(xué)生的全面發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1]王劍鋒.基于生命觀念的高中生物概念深度教學(xué)策略研究[J].華夏教師，2020（10）：29-30.

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本文系2023年鎮(zhèn)江市教育教學(xué)研究立項(xiàng)課題項(xiàng)目“基于深度學(xué)習(xí)的高中生物學(xué)概念教學(xué)中建構(gòu)模型的策略研究”（項(xiàng)目編號：2023JKY086）研究成果。