基于模型建构培养学生的生命观念

葛方金

党的十九大明确提出：“要全面贯彻党的教育方针，落实立德树人根本任务。”《普通高中生物学课程标准（2017年版）》也将发展学生的生物学核心素养作为课程宗旨，在生物学核心素养的4个组成中，科学思维、科学探究及社会责任都具有自然科学领域的跨学科属性，而生命观念则是独具生物学科特点的要素，是本学科核心素养的标志和关键。如何在高中生物教学中落实生命观念素养的形成，有诸多教学策略。笔者对如何通过模型建构培养学生生命观念进行了初步探究。

1 相关概念的界定

1.1 模型与模型建构

模型是人们为了某种特定目的而对认识对象所作的一种简化的概括性的描述。这种描述可以是定性的，也可以是定量的;有的借助于具体的实物或其他形象化的手段，有的则通过抽象的形式来表达。模型的形式很多，包括物理模型、概念模型、数学模型等。

高中生物学课程中的模型建构活动，则是根据课程标准的要求设计的让学生结合具体生物学内容的学习而进行的建立模型的活动。

1.2 生命观念

生命观念是指对观察到的生命现象及相互关系或特性进行解释后的抽象，是人们经过实证后的观点，是能够理解或解释生物学相关事件和现象的意识、观念和思想方法。培养学生的生命观念，主要从培养学生的结构与功能观、进化与适应观、稳态与平衡观、物质与能量观等几个方面入手，并通过这些基本的观点去认识生命世界、解释生命现象，养成正确的人生观。

2 模型建构培育学生生命观念

2.1 建构物理模型培育学生结构与功能观

物理模型是指以实物或图画形式直观地表达认识对象的特性。如在“细胞的基本结构”这一章内容的学习后，尝试制作真核细胞的三维结构模型（图1），学生自主设计方案、自选材料、构建模型，深刻理解了细胞壁、细胞膜、细胞质基质和各种细胞器以及细胞核在细胞中的相对位置关系，同时也能理解各部分的结构和功能，阐明细胞各部分结构通过分工与合作形成相互协调的有机整体，实现细胞水平的各项生命活动，从而认识到细胞是生物体结构与生命活动的基本单位。在“减数分裂和受精作用”学习的过程中，教师引导学生建立了减数分裂中染色体变化的模型，使学生理解配子中染色体组合的多样性，认识到：细胞分裂过程中染色质螺旋缠绕、缩短变粗成为染色体有利于核遗传物质的分配，分裂结束后染色体解开螺旋变成细长而盘曲的染色质丝有利于DNA的复制和基因的表达。进行“DNA分子的结构学习”时，通过制作DNA雙螺旋结构模型，学生能感悟DNA分子中碱基对排列顺序的千变万化使DNA分子能够储存足够量的遗传信息，独特的双螺旋结构和碱基互补配对保证了复制能够准确地进行。

学生在尝试制作真核细胞的三维结构模型、减数分裂中染色体变化的模型和DNA双螺旋结构模型的过程中，需先将微观、肉眼难以直接观察的结构或过程简化，把握其主要特征，再将这些特征形象化、具体化，能体验到一定的结构必然对应一定的功能，任何功能都需要一定的结构来实现，认识到结构与功能相适应，从而培育结构与功能观。

2.2 建构数学模型培育学生稳态与平衡观

数学模型是用来描述一个系统或它的性质的数学形式，常见的类型有数学公式、数据表格、柱状图、饼状图、坐标曲线图等。例如，在学习“血糖平衡的调节”时，教师引导学生绘出饭后体内血糖、胰岛素、胰高血糖素的含量变化坐标曲线（图2），理解进食后因消化吸收血糖含量升高，血浆中胰岛素含量升高、胰高血糖素含量降低，从而使血糖水平降低;当血糖含量降低时，胰岛素含量降低、胰高血糖素含量升高，从而使血糖水平升高，通过调节使血糖水平维持在0.8～1.2 g/L;进而领悟人和动物体通过神经一体液一免疫调节网络的调节，使各个器官、系统协调活动，共同维持内环境的相对稳定状态。

又如学习“探究培养液中酵母菌种群数量的变化”时，学生依据实验计数结果，绘制酵母菌种群数量变化曲线（图3）并分析和解释这一变化规律的原因，当酵母菌种群密度增大时，生存斗争就会加剧，使种群的繁殖率降低、死亡率升高，种群经过一定时间的增长后，数量在K值趋于稳定。在学习“生态系统的稳定性”时，构建抵抗力稳定性和恢复力稳定性的数学模型，感受和体验由于生态系统具有自我调节能力，能够保持或恢复自身结构和功能相对稳定。

学生根据具体情境，抽象出数学规律，并用适当的数学形式进行表达，构建饭后体内血糖、胰岛素、胰高血糖素的含量变化、酵母菌种群数量变化、生态系统抵抗力稳定性和恢复力稳定性的数学模型时，能感悟到生命系统各层次都处于稳态与平衡中，稳态不是恒定不变，而是一种动态平衡，稳态和平衡是通过一定的调节机制来实现和保持的，从而培养稳态与平衡观。

2.3 建构概念模型培育学生物质与能量观和进化与适应观

概念模型是为了某一应用目的，运用语言、符号和图形等形式，对真实世界系统信息进行的抽象和简化，包括图解式模型和概念图。

2.3.1 建构图解式模型，培养学生的物质与能量观

图解式模型是将难以直接观察到的生命活动规律、原理等图示化、形象化，在此基础上抽象出该过程的关键特点，揭示对象的主要特征和本质。如学习细胞呼吸和光合作用时，教师引导学生分析讨论、归纳总结，画出细胞呼吸过程的图解（图4）和光合作用的过程图解（图5），从物质与能量的视角，探索光合作用与呼吸作用，认识到一切生命活动都有物质基础，且通常离不开能量，物质的合成和分解往往伴随着能量的储存和释放，阐明细胞生命活动过程中贯穿着物质与能量的变化，从而培养学生物质与能量观。

2.3.2 建构概念图，培养学生的进化与适应观

概念图是一种用节点代表概念，连线表示概念间关系的图示法;通过概念图，学习者把新知识和学过的有关概念组织在一起，使知识由点成线、成面、成网。如学习基因突变及其他变异、从杂交育种到基因工程和现代生物进化理论这三章内容后，教师要求学生以概念图的形式总结新物种的形成过程（图6），帮助学生构建概念，梳理知识的层次关系，发现知识之间的内在联系，使学生理解：由基因突变、染色体变异和基因重组引起的变异是可以遗传的，变异、选择和隔离可导致新物种的形成;地球上现存的丰富多样的物种是由共同祖先长期进化形成的;基于可遗传的变异，以及变异可能带来的生存与繁殖优势等;生物的适应是自然选择的结果。这样，学生可以感悟生物的多样性和适应性是进化的结果，从而培养进化与适应观。

在模型建构活动中，学生进行观察或实验，归纳和演绎，运用已有知识进行假设、模拟，将复杂的事物进行简化、抽象出其本质属性，通过亲身参与模型建构，运用多感官及更有深入的思考、感悟与体验等深度学习，促进在理解生物学核心概念的基础上形成结构与功能观、进化与适应观、稳态与平衡观、物质与能量观等生命观念，并用生命观念认识生命世界、解释生命现象，逐步形成正确的价值观念、必备品格，获得解决实际问题的关键能力，发展和升华生物学核心素养。

参考文献：

[1]刘恩山.生命观念是生物学学科核心素养的标志[J].生物学通报，2018，53（1）：18-20.

[2]谭永平高中生物学课程中的模型、模型方法及模型建构[J].生物学教学，.2009，34（1）：10-12.

[3]中华人民共和国教育部.普通高中生物学课程标准（2017年版）[s].北京：人民教育出版社，2018.

[4]李晓聪.浅谈高中生物课堂教学中对核心素养“生命观念”的培养[J].中学生物学，2017，33（11）：79-80.