基于核心素养的高中生物模型教学初探

刘艳 吴小芳

摘 要：新的《普通高中生物学课程标准》的颁布和生物学科学生核心素养的提出，推动了课程和教学改革、教学思想方式、模式和内容的改变。“模型与建模”是课标中规定的高中生必须掌握的科学方法之一，在高中生物教学中有着很重要的地位。以“细胞大小与物质运输关系”一课为例，研究了基于学科核心素养下的课堂模型教学，探讨如何落实学科核心素养。

关键词：高中生物；核心素养；模型教学

新的《普通高中生物学课程标准》已颁布，课标的核心内容之一是建构了基于学科性质、学科特点和学科独特育人价值的学生核心素养框架。生物学核心素养是学生后天习得的终身受益成果，是公民基本素养的重要组成之一，是学生在解决真实情境中的生物学问题时所表现出来的必备品格和关键能力。生物学核心素养主要包括生命观念、理性思维、科学探究和社会责任等。生物学核心素养的提出推动了课程和教学改革，教学思想方式的改变，教育模式、内容的转型和重塑。由此，如何实施基于学科核心素养的课堂教学引发了社会各界的普遍关注。“模型与建模”是课标中规定的高中生必须掌握的科学方法之一，在高中生物教学中举足轻重。在正确地建构模型的过程中，学生能较好地理解核心概念，学会尊重事实和证据，形成严谨、务实的求知态度，运用科学的思维方法认识事物、解决实际问题，形成生命观念，逐步发展理性思维，提高探究能力和社会责任意识，从而提高生物学核心素养。

一、基于核心素养的“细胞大小与物质运输的关系”教学设计

（一）教学思想

“细胞大小与物质运输的关系”是通过运用物理模型模拟细胞的物质运输来探究细胞大小与物质运输效率的关系，从而理解细胞不能无限长大的原因以及细胞通过分裂增殖的必然性。因为细胞肉眼不可见，所以，物质的运输相对来说较难观察，并且细胞的物质跨膜运输有三种方式：自由扩散、协助扩散和主动运输，后两者相对比较复杂。教材选取最简单、最直观的方式，运用NaOH扩散进入含酚酞的琼脂块这一物理模型来模拟物质自由扩散进入细胞，可帮助学生更加直观地认识细胞的物质运输，培养了学生的模型建构能力，对学生后续学习细胞增殖内容中“染色体的行为变化”、建构物理模型有很重要的铺垫和启发作用。与此同时，学生在进行实验结果的处理和分析时，需要用到相关数学方法，这不仅体现了学科之间的融合，还让学生初步建立了数学模型，对后续学习细胞增殖过程中“染色体”“DNA”数目变化的数学模型建构起了很好的铺垫作用，更为重要的是启发学生在生物学习中学会利用数学思维和方法，表现、解释、提炼出生命规律和生命现象的本质。因此，本课时的内容学习对后续生物学知识学习很有帮助，特别是在实验教学过程中对学生理性思维的培养、生物科学素养的养成具有重要作用。

（二）教学目标

知识目标：

1.理解细胞表面积与体积的关系以及细胞大小与物质进出的关系；

2.概述细胞不能无限长大的原因。

能力目标：

1.用琼脂块模拟细胞，NaOH模拟运输物质，学生建构物理模型；

2.用表格记录实验数据并转化成图形，分析结果，得出结论，学生初步构建数学模型并理解概念；

3.通过小组合作，学生提高协作能力、动手能力、表达能力。

情感态度与价值观目标：

1.学生体验探究过程，提高批判性思维，养成实事求是的科学态度、严谨认真的治学精神。

2.学生培养合作精神。

（三）教学重点

对实验结果的处理和分析。

（四）教学难点

物质运输效率和运输速率的区别；如何分析数据得到结论。

（五）教学准备

以小组为单位准备如下材料：边长分别为1cm、2cm、3cm的含酚酞的琼脂块各1块，0.1%的NaOH溶液，烧杯、滤纸、小刀、尺子、托盘笔。

（六）教学过程

二、基于核心素养的模型教学策略

模型方法是研究模型来揭示原型的形态、特征和本质的方法，是逻辑方法的一种特有形式。中学生物中模型一般分为概念模型、物理模型和数学模型三类。

生物模型建构符合从感性到理性的认知规律，能促进学生认知水平的发展；有利于对学生进行科学方法的训练，对知识的理解和记忆，使复杂的实际问题简单化，形成完整的知识体系，提高学生的学习效率；能训练学生的想象力，激发兴趣，培养创造力和批判性思维能力，提高学生的生物学核心素养；还可以提高教师的教研能力，更新教师的教学理念，增加师生互动的机会，使师生的关系更加和谐。

生物教学模型的恰当使用可以提高学生学习效率，提高学生的生物学核心素养，但是这需要教师强大的组织能力和掌控能力。基于以上的分析，我认为模型教学应该从以下几个方面来实现生物学核心素养目标的达成。

（一）教师充分解读教材，挖掘核心素养

教师在进行教学设计之前，需要充分挖掘模型教学内容所涉及的生物学核心素养。生物学核心素养主要包括生命观念、理性思维、科学探究和社会责任等。概念模型通常以概念图的形式出现，表达概念之间的相互关系，体现知识的网络构架。通过画概念图等方式建构概念模型，有利于对概念知识的理解和联系，可以帮助学生在了解生物学概念的基础上形成生命观念，如结构和功能观、进化与适应观、稳态与平衡观、物质与能量观等。物理模型可以将抽象的东西具体化，利于学生理解知识，同时制作模型的过程能激发学生兴趣，培养学生的创造力和合作力。数学模型使学生学会用数学建模的方法去认识事物、解决实际问题，学会观察分析和设计实施方案，并交流和表达，尊重事实和证据，养成严谨和务实的求知态度。因此教师要善于挖掘教材内容，选择合理的模型去突破核心知识，提高学生的核心素养。

（二）教师精心设计教学，体现核心素养

模型类型的恰当选择和不同模型的恰当安排与组织对教学有着很大的影响，因此，教师在教学之前要充分分析学情，了解学生的特点和兴趣所在，依据学生的需求来合理选择模型。不同类型的模型能为学生提供多角度、多方面的知识，不同類型的模型会涉及不同类型的活动，能激发学生的学习兴趣和求知欲，能充分发挥学生的主观能动性，有利于学生多方面能力的培养，提高学生的生物科学素养，提高学生的学习效率。在模型建构前，教师要对教学资源进行有效整合，可利用课前导学案、课上自主阅读、讨论、微视频观看等方式对知识适时铺垫，更好地利于学生对模型的认识和理解。对模型的建构过程，教师要设计适当的探究问题，让学生体验科学的探究过程，在建立模型的过程中学会观察和统计的方法、实验的方法、归纳与演绎的方法、假设的方法等，在探索与发现中发现其中的要素与关键之所在。

总之，模型可使生物课程的学习成为一个有思维过程的自主的、合作的、探究的学习过程，模型的建构不仅有助于学生对知识的梳理和知识体系的建立，而且可有效地发展学生自主探究、合作与批判、反思与创新等能力，提高生物学核心素养。

参考文献：

[1]张俊芬.高中生物教学中的模型教学[J].生命世界，2010（12）：86.

[2]施德明.高中生物模型方法教学及策略[J].科学大众（科学教育），2008（1）.

编辑 张珍珍