构建生物模型 培养科学思维——高中生物教学中生物模型的构建和应用策略

金传艳

(江苏省灌云高级中学 222200)

1 高中生物模型与课堂教学研究

1.1 生物模型概述

简言之，模型就是对某一研究而进行的具象化、简化描述.具体来说，模型主要包括：元素、关系、操作、规则，属于一个概念系统.可以说，模型是一个工具，或者是一个媒介，可帮助人们对某一现象进行描述、解释或者预测.生物模型就是将生物学研究原型中的一些非本质、次要的联系舍取，最终将生物原型，或者能突出反映原型的主要特征、联系的一种理想物质、过程或者假象结构.

针对生物学科来说，最为常见的生物模型主要包括：物理模型、数学模型、概念模型、图示和图模型等.其中，物理模型属于实物模型，是一种装置，可按照比例的大小，制作模型.包括：心脏模型、人脑模型等；数学模型主要是那种能够表示数学关系、数学性质的方程式，应用的数学图表等.如：种群增长“J”型曲线模型；概念模型主要是对概念进行归纳和整理，最终借助知识结构体系图将其呈现出来，包括：概念图、思维导图等；图示和图表模型主要是指对概念进行描述的图形、图表模型，如：有丝分裂过程图画，运用表格的形式将主动和被动运输的特点表示出来.

1.2 生物模型在高中生物课堂教学中的应用价值

首先，有助于唤醒学生的生物学习兴趣.长期以来，由于高中生物课堂呈现出极强的“应试性”，在这种教学模式下，学生的生物学习兴趣低下、对生物学习关注明显不够等.而通过生物模型的应用，学生在构建模型的过程中，经历了一个完善和修复的过程，最终在构建生物模型的过程中，强化了生物概念的认知，并逐渐形成了系统化的知识体系；另外，通过生物模型在课堂中的应用，也彻底打破了传统课堂的限制，唤醒了学生的生物学习兴趣，以及自信心，为高中生物的高效学习奠定了坚实的基础.

其次，有助于培养高中生的科学思维能力.在高中生物核心素养下，高中生物教师在开展课堂教学时，还应引导学生在学习中形成一定的科学思维能力，旨在实现学生的全面发展.通过生物模型在课堂教学中的应用，不仅给学生带来了更加新颖的学习体验，也促使学生在构建生物模型的过程中，对所学的生物知识进行了加工和整合，最终经过科学探究这一过程，促进了思维能力的发展.

最后，有助于强化学生的自主学习.伴随着素质教育的发展，高中生物教师在日常教学中，还应培养和发展学生的自主学习能力，旨在实现学生的全面发展.鉴于此，通过生物模型在教学中的具体应用，不仅提升了生物课堂的学习效果，也促使学生在学习的过程中，逐渐掌握了科学的学习方法，循序渐进提升了学生的自主学习能力.

2 高中生物课堂教学中，生物模型构建和应用策略分析

2.1 构建结构模型，强化观察和分析素养

为了降低学生的学习难度，加深生物知识的理解，就可充分发挥结构模型的价值，将原本枯燥且抽象的生物知识简单化、形象化，以便于学生在直观地感知中，完成生物知识的高效学习.例如，在“生物细胞知识”的教学中，由于这一部分知识点非常抽象，学生在学习中常常难以理解.面对这一现状，在优化课堂教学的时候，就可充分借助生物模型这一工具：先给学生提供了一段生物知识内容：“一个成人大约有100亿万个细胞，而这些细胞都源于一个细胞”.接着，基于这一段生物知识，向学生提出问题“人类为什么会拥有这么多的细胞？为什么细胞这么小？”如此一来，最大限度唤醒了学生的学习欲望，集中了学生的注意力.接着，还是引导学生进行模型构建，将细胞设计为一个立方体，使其边长分别为2、3、4、5cm，并指导学生利用所学的知识，计算其表面积.之后，结合计算的结果，使得学生在头脑中，对细胞的大小形成了基本的概念.如此，通过结构模型在生物课堂中的应用，使得原本抽象的生物知识，变得更加生动、直观、形象，显著降低了学生的理解难度，也促使学生在直观地感知中，高效达成了知识、思维等目标，落实了学科素养下的教学目标.

2.2 构建生物概念模型，厘清知识点内在联系

针对高中生物这一学科来说，其中包含的知识点，繁多且复杂，尤其是概念性的知识非常多.学生基本上都是通过死记硬背的方式进行记忆，难以在学习中实现知识的融汇贯通.另外，在这种机械记忆的学习模式下，学生的学习效果基本上都是短暂的，难以形成永久的记忆，甚至出现混淆等现象.面对这一现状，为了高效达成教学目标，培养学生的科学思维能力，就可借助生物概念模型这一工具，将其融入到生物课堂教学中，并围绕生物概念，将其内涵、外延等进行明晰地阐述，最终帮助学生构建一个系统化的知识网络.例如，在“有氧呼吸过程”的学习中，为了帮助学生形成系统化的知识体系，教师就借助了生物概念模型，引导学生围绕有氧呼吸的三个阶段的反应时进行总结，并依据归纳的知识，将有氧呼吸过程中涉及到的反应物、产物等写出来，并构建成知识网络；之后，再合理安排建模中各个组成的要素，并将与其相关的文字信息填写上去，包括：酶、能量、反应阶段和反应场所等，最终绘制出一个为完善的概念知识网络图.如此，通过生物概念模型的应用，帮助学生形成了一个系统化的知识体系，强化了概念的深层次认知和理解，最终形成了生物大概念.

2.3 构建实物模型，强化学生空间想象素养

实物模型在高中生物建模中尤为常见，主要是借助实物的形式，历经生物知识发生过程、结构特征的直观表达.尤其是针对生物知识点来说，借助简单、直观的生物模型，可将复杂、抽象的生物知识进行转化，使其变得更加直观化、形象化，最大限度降低学生的学习难度.同时，借助生物实物模型这一工具，可将生物教材中平面的图片进行转化，使其成为立体化、形象化，有助于学生在学习中逐渐形成极强的空间想象素养，满足生物核心素养下的教学目标.例如，在“生物膜流动镶嵌模型”的教学中，唯有强化学生学生的学习效果，就借助了实物模型这一工具，以红色的粘土表带磷脂分子的头部，以火柴棒代表磷脂分子的尾部，借助白色的粘土表示蛋白质，绿色的粘土代表糖类.在直观地实物模型中，学生可直观构建其细胞膜的流动镶嵌模型.如此，借助实物模型，可以将原本复杂、抽象的生物知识直观、形象地展示出来，促使学生在学习的过程中，形成了较强的观察素养、空间想象素养等，为培养和发展学生的科学思维奠定了坚实的基础.

2.4 构建过程模型，实现高效学习

结合高中生物学科的特点来说，主要是探究生物活动的规律，或者是生物能量流动的机理等.这些内容常常处于动态的变化之中，会随着能量或者生活的数量出现动态性的改变，学生在学习中常常面临着抽象难懂、无法理解等现象.面对这一现状，在优化课堂教学的时候，就可借助过程型模型，引导学生利用过程模型，将生物活动规律、生物能量流动机理这些知识点动态化地展示出来，以便于学生在动态化感知中，深刻理解相关知识.例如，在“能量流动”的相关知识教学中，由于“食物链中流量流动”存在一定的动态变化性，为了强化学生的学习效果，就紧紧围绕这一知识点，借助问题引导的方式，引导学生以“草(生产者)、兔子(第二营养级)、狐狸(第三营养级)、老虎(最高营养级)”这一食物链为中心，使得学生结合所学的知识，明确：食物中的能量除了向下一级进行流动之外，还会通过呼吸、排泄的方式散失掉.因此，借助这一过程模型，学生就可对“能量流动”这一动态化的知识点形成深刻地感知，明确在生物系统中能量的流动方向、能量的效率和方式等.如此，不仅提升了学生的学习效果，也强化了学生的生物核心素养.

2.5 构建数学模型，促进本质规律探究

面对生物核心素养下的要求，教师唯有摒除“知识型”的教学模式，带领学生在生物知识学习和探究的过程中，发掘生物知识的本质，以及其中蕴含的规律等，进而促使学生在知识探究的过程中，形成一定的科学思维和素养.而要达到这一目标，高中生物教师唯有摒弃传统的课堂教学手段，引导学生在生物学习的过程中，灵活运用曲线、公式、表格等数学模型将其呈现出来，进而借助数学模型这一工具，总结和归纳生物知识的特点，理解其中蕴含的规律等.例如，在“酵母菌种群数量变化规律”的教学中，为了带领学生更好地探究知识本质规律，强化自身的科学思维，在教学中就借助了数学模型这一工具：首先，结合本章节的内容，利用酵母菌发酵制作这一现象给学生创设情境，引导学生在视频观察中，思考“培养液中的酵母菌种群数量是如何变化的？”之后，教师引导学生结合所学的知识，对其作出合理的假设、并列出出来；之后，引导学生展开实验，结合实验数据，构建一个坐标图，用x轴代表时间，用y轴代表种群数量，并结合实验数据，将具体的变化曲线图表示出来.如此，通过这一数学模型，可促使学生在直观的曲线变化中，探究酵母菌中群数量的变化规律，最终完成生物知识的高效率学习.另外，学生在实验观察、数据处理的过程中，也逐渐提升了自身的归纳综合、演绎推理等能力，满足了生物核心素养下的学习要求.

综上所述，生物新课程改革、生物核心素养的提出，呼唤生物教学改革，教师唯有摒除传统的教学模式，构建一套与其相契合的新型教学手段，才能在激发学生生物学习兴趣的同事，促进生物核心素养的有效落实.鉴于此，唯有立足于生物模型的特点，结合不同的生物教学内容，构建不同的生物模型，最终在生物模型的引导下，高效达成生物知识、能力、思维等多重目标.