模型建构能力对提升学生生物学核心素养的重要性

任海兵

(江苏省常州市金坛区金沙高级中学 江苏常州 213000)

生物学核心素养是学生在生物学课程学习过程中逐渐发展起来的，在解决与生物学有关的实际问题时所表现出来的关键能力、必备品格与价值观，是学生知识、能力、情感态度与价值观的综合体现。在对核心素养的表述中，科学思维明确了模型建构的重要性，生命观念和科学探究中也要求学生具备很高的模型建构能力，我们在课堂教学中培养学生的模型建构能力是必要的、紧迫的[1]。

一、模型教学在生物教学中的地位、实用性

高中生物学知识中抽象的内容较多，对学生的推理要求高。针对教材中的不同知识点，可以灵活运用常用的学习方法以恰当的形式阐释分子与细胞、遗传与变异、稳态与调节、生物与环境等相关概念的内涵，论述生物工程与技术的原理及其与社会之间的关系，从而解决与生物学相关的新问题情境，利用生物学重要概念或原理，通过逻辑推理阐明个人立场，作出决策并解决问题。

目前，生物教材中整合的模型建构包括概念模型、物理模型、数学模型，从教材专门提出模型建构的目的来看，模型建构教学针对生物学抽象、微观的特点还是非常有用的，纵观目前高中生物学知识体系，生命系统层次中基本都涉及模型建构的内容。

用模型呈现的办法可以帮助学生整合抽象、复杂、多样化的学科知识，培养学生的建模能力、知识归纳总结能力，将模型建构应用于课堂可以让学生动起来，真正成为课堂主体，变单纯接受知识为主动参与知识生成，变机械记忆现成的知识点为主动探索知识之间的关联，了解简单知识背后深层次的知识背景、自然规律、人工应用。现阶段高考对学生学习能力的考查是多元化的，特别推崇在新情境下解决相关问题。要将新情境与基本原理、基本概念结合起来，离不开建模。

二、生物学可以建构的模型涵盖面广，可操作性强

高中生物学的生命系统层次从细胞开始，从微观到宏观，包括细胞、组织、器官、系统、个体、种群、群落、生态系统。其中与物质结构、细胞结构有关的内容都可以构建物理模型，教材中有一定量的现成模型，实际应用时学生可以根据需要进行模型重组，重组后变成适合自己使用的模型。例如，教材提供了DAN双螺旋结构模型，我们在实际使用时可以把模型变成平面图，可以简化成用两根竖线代表一个DNA，可以把局部放大强化脱氧核苷酸之间的连接。动植物细胞的亚显微结构模式图，我们可以利用已知的这两种模型构建绿藻（低等植物既有细胞壁，又有中心体）的模型图，根尖根毛区细胞（无叶绿体）的模型图等。

高中生物学的知识点关联紧密，概念模型大有可为，学生要形成基本概念关联，可以尝试自己建构概念模型，现在流行的树状图、思维导图等都属于概念模型的形式，非常适合初学者熟悉知识点、构建知识网络。概念模型建构好了可以让学生明确很多生命观念的内容，模型中各层次的递进关系对思维提升也有帮助。

模型中也有要求较高的数学模型，包括光合作用呼吸作用速率影响曲线，生长素作用曲线，种群数量动态变化曲线，DNA复制相关数量变化，遗传病、基因频率变化规律等。这部分模型不仅需要学生对知识有深入的了解，还要对数学模型的建构方法非常熟悉，这样的模型建构对培养学生的能力是很重要的。

三、模型建构可以为情景化教学提供解决问题的模式

综合生物发展的重大历史事件，很多原理的发现、成果的获得都不是偶然，都是在有效方法下坚持不懈去努力取得的。从细胞学说的建立到DNA分子双螺旋结构模型的构建，从类比推理法到假说——演绎法，从光学显微镜下的显微结构到电子显微镜下的亚显微结构，从传统发酵技术到现代生物科技基因工程、细胞工程、胚胎工程、生态工程的发展。所有的发展离不开技术革命，技术手段的革新，离不开科学家在探索事物本质、规律方面的不懈追求。有些研究的理论多少年都没有变，但是随着技术进步为什么能不断有新的研究成果呈现，这与科学的研究方法是分不开的。而面对层出不穷的新问题新情景，学生必须有有效的模式才行。

信息技术的快速发展为生物学课堂提供了诸如图片、视频、模拟实验等丰富多样的教学资源，这些资源可以作为很好的模型建构材料。学生通过收集、获取各种资源中的有效信息，先找到对应的知识点，然后建构用于解决实际问题的模型。例如：大棚种植蔬菜时遇到阴雨天气时怎么办？我们一般采取的最简单措施就是打开棚顶透气等，我们用曲线图来说明这一现象，透气的目的是降温，原理是光照强度弱，光合作用产生的有机物减少，降温后呼吸作用减弱，积累的有机物可以增加。学生尝试构建不同温度下净光合作用随光照强度的变化曲线就能达到目的。

四、模型建构促进学生进行知识的内化和塑形

不同学科有各自的学科特点、学习要求、学习方式、学习目标，从目前生物学科特点来看，生物学科的发展对技术革新的依赖度越来越高，高中阶段生物教学旨在培养学生学习生物的兴趣、热情，了解生物研究的一些方法，为大学深造做好充分的准备。目前，生物教学的误区是学生找不到生物学习的规律，觉得生物学知识琐碎、零散，特殊现象多，无法将理论与实际结合，抓不住事物本质，把一些记不住的问题归结于没有记忆规律不方便记忆，忽略了知识生成才是记忆的最初来源。

生物课堂前几年流行课堂范式的应用，编者把不同类型、不同需求的生物课堂模式化，为一线教师提供范本，目的是给青年教师明确课堂的重点，流程设计的基本要素，这对教师授课来说是好事，固化的范式为教师省去了设计不同课堂的麻烦，让教师有据可循，慢慢熟悉不同的授课模式，逐步形成适合教师风格的教学特色。那教师为什么不能为学生的学习提供有效的模式呢？哪怕是固定的模式方法，学生只有逐步熟悉了生物学习的方法，才能发现学习的窍门，真正发掘自己的学习潜能。学习能力强的人都有自己整理归纳知识的习惯，都能根据所学知识建立属于自己的知识体系，这不就是建模的好处吗？

有很多时候，教师在评价学生能力时经常会说到“会读不一定会写，会写不一定写对，写对不一定拿满分”，这是目前教学与应用脱节最有力的证据，究其原因，是学生没有形成模型建构的能力，固定模式的知识记忆是无用武之地的，必须能够灵活运用。所有有效的学习必须建立在学生能构建正确的符合自身认知规律的学习模型，在有效的模型里形成解决问题的模式，既要万变不离其宗，又能以不变应万变。

学生通过不同生物学研究发展的学习，除了能了解生物学科的基础知识，还能掌握基本技能，形成生物学基本思维。我们在教授学生科学探究的方法，特别是实验设计方面知识的时候，总希望学生能走出条条框框的限制，开动脑筋，形成自己的一套研究方法，现实中很多教师把连续的方法流程分成了独立、方便记忆的知识点，这是不符合规律的，学生必须自己理解探究的各个环节，在体验时摸索出一套行之有效的设计模型，才能进行推广应用。教师的教光有知识归纳总结还不够，一定要提炼出有效的模型建构方法出，让学生参与知识建构、方法建构、模型建构，这样学生在遇到实际困难时才能有据可依，不至于畏手畏脚下不了手。

生物学是自然学科，尊重自然规律是前提，我们的教学不能光让学生死记硬背、生搬硬套，培养学生解决问题的能力才是关键。如课堂范式一样，不同的课型有不同的目标、不同的要求，模型建构在不同知识中也是不一样的，教师在平时的教学中要善于提炼，并及时教会学生针对不同知识的有效模型，尝试在不同情境中用建构的模型去解决问题，这样才能真正提升学生的生物学核心素养。