生物学模型构建的情景体验式教学

左开俊 陈海萍

［摘要］ “模型构建”情景式教学作为一種教学模式和教学活动，旨在通过可视化、可操作化的形式阶梯性呈现教学内容，帮助学生不断思考与体悟，使生物学科核心素养的学习活动真正发生。以“核酸是遗传信息的携带者”一节教学内容为课例，错落有致地展现模型构建教学的情景式设计，剖析模型构建情景式教学的实践模式。

［关键词］ 生物学模型构建；情景体验式教学；DNA的结构

情景体验式教学是一种借助直观的形设或场景，通过可视化或可操作化的感官刺激，引领学生从认知、情感、身体三个维度建构深度学习的教学方法。而模型构建作为一种动态化、直观化的呈现样态，不仅能使学习内容以层级式、梯度式的方式诠释，而且还完美地契合情景式教学“多维呈现”的立体式特质。借助生物学模型构建开展情景式教学，能让学生依托模型构建这种普适的直观形式，有序地、渐进性地获取抽象的知识，帮助其跳出泛泛“普洒”的外在形式，进而在真实的情景中获得高峰体验认知并完成身心体悟交流，使知识在脑与手的交互策动中逐渐变得有宽度、有广度、有温度。

一、模型构建情景体验式教学的意义与原则

《普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）》（以下简称“新课标”）在“教学建议”中强调：教学中要高度重视学生的实践环节，力求为学生提供更多的动手实践机会。教师应创造条件让学生参与调查、观察、实验和制作等活动，引导学生从生活经验中发现和提出问题，学习有关概念、原理、规律和模型，应用有关知识分析和解决实践中的问题。根据新课标要求，笔者发现以活动体验为平台的模型构建教学应具备以下四个层次的要求，才能体现该教学模式的建构价值与创新意义。第一，创设的情景活动应符合学生认知，具有交流互通、探讨交织、获得启迪的特质，能激发师生互动、生生互动的潜质，促进知识共享和实现高峰学习体验。第二，创设的情景活动应以“模型构建”为载体，要能自由发挥学生的自主性、能动性和创造性。充分体现学生的主体地位，凸显学生才是导演者、主演者的双重角色。第三，以模型构建为认知载体的情景活动，旨在依托模型构建这个平台，交互整合新旧讯息去帮助学习者获取解决新问题的情境体验历程。第四，创设的情景活动应具有知识获得、能力发展、人格完善的功能，能充分体现个体在活动教学中的作用，是促进学生整体发展与实施素质教育的途径。

二、模型构建情景体验式教学的实践模式

（一）模型构建的情景体验式教学实施环节

“模型构建”作为一种通过构思与建构呈现科学思维进阶的教学模式，重点应着眼于学生对学习内容的深刻理解和学科核心素养的深度探究。以模型构建为主题的情景体验式教学，其实施程序为：构建学习共同体，鼓励探究发现；创设模型构建情景，促进体验生成；修正模型构建，汇报交流分享。此三个环节成递进式演化，前者是后者的基础，后者又是前者的延伸。

1.构建学习共同体，鼓励探究发现

所谓学习共同体就是根据学生的兴趣与喜好，自发性组建的学习小组。这种民主式的自我组建模式，能充分凝聚每个团队亟须解决的问题，以及应承担的责任与担当。这种自我凝结的责任与担当，会深层次地凝聚彼此间的信任与支持，真正形成意志坚定、目标专一的学习发展共同体。新课标在“实施建议”中倡导：以探究为特点的教学不仅会直接影响核心素养中“科学思维”“科学探究”的落实，也会间接影响另外两个核心素养的达成。所以，以学习共同体为学习单元，在探寻和解决实际问题的过程中，应以初次情景体验获取的浅层次知识为基础，深入钻研和思索其内涵与外延，为学生的自主性探究提供可深度追寻的路径。其间，教师可以依托“模型构建”活动，将全班分成4-5个学习共同体，每个学习共同体既可集中研究同一主题，也可仅探讨某一主题的特定方面。在引领学习共同体开展活动的措施上，可通过抽签的方式决定子活动的落实，学习共同体中的每位同学甚至可以专攻某一特定的二级子主题，进行分析和探究，扩展和深化“体验”过程。教师在构建情景体验式活动教学时，一方面要充分考虑学生的认知层级、融合学生的生活领悟，争取实现知识与活动的零隔阂、情感与价值观的零分歧；另一方面严格遵守科学原则和实施规范，以便做到有章可循。

2.创设模型构建情景，促进体验生成

情景一般指通过符号、工具、信息等与人之间建立起来的一种氛围，该氛围的建立要避免活动的形式化和娱乐化。模型构建活动教学的情景设置，是以模型构建的可视化或可操作化为核心内容，驱动教学目标、教学内容以情景体验的形式展开落实。模型构建情景式教学的动力是探究，核心是体悟。具体解释就是要由浅入深、由点到面、由表及里地让学生从感性体验中达成理性思考，从表观刺激中完成知识建构。在开展模型构建情景式体验教学时，一方面营造出引导、接纳、尊重、信任、平等的氛围，才能使学生在良性的格局中主动参与、自主发现、手脑并用、收获启迪；另一方面以小组为活动单位，成员间互助互信，凸显活动的张力与感染力，烘托出积极向上的学术氛围。

3.修正模型构建，汇报交流分享

新课标在“学科核心素养水平划分”中强调：针对特定情景提出可探究的生物学问题或生物工程需求；运用多种方法如实记录，创造性地运用数学方法分析实验结果；能够在团队中起组织和引领作用，运用科学术语精确阐明实验结果，并开展交流。在模型构建的情景式教学过程中，学习共同体的探究过程既是一个实践与理论并集、知识与认知共建的递进过程，也是一个模糊到清晰、浅化到深入的曲式进程。模型构建是分析解决问题的可视化“心理结构”，是模块化的知识，也是解决问题的思维公式。在构建完成一个模型之后，仍需通过应用强化学生的模型化思维，由已知推未知，理解现象中所蕴含的趋势；把复杂问题简单化，估计模型在真实情境中蕴含的“隐形信息”，并预测未来。因此，在借助模型构建实现教学任务时，教师要组织每个学习共同体将探究的结果通过分类、提炼、加工形成成果，以便分享、交流。这样做有助于从科学本质的视角，帮助学生了解科学知识产生的特点，辅助学生建立生物学的生命观念，并以此来辨别现实生活中的科学和非科学，促进其科学素养的养成。

（二）模型构建的情景体验式教学案例呈现

“核酸是遗传信息的携带者”的教学重点应为“概述核酸由核苷酸聚合而成，是储存与传递遗传信息的生物大分子”。基于此，本节教学内容就可以连贯成三个部分，即核苷酸→核苷酸链→储存和传递遗传信息的大分子。在内容设计上，教师应从学生的知识基础、心理特点和认知规律出发，针对高中生的思维特点、兴趣指向和接受能力寻找解决途径。教师要敢于把课堂教学与模型构建活动有机结合起来，注重学生的个性与兴趣，发展其特长，培养其能力。作为一种能直观呈现事物表象与内在本质特征的思维方式，模型构建能促进学生对事理的分离，从生物学事实现象等表象深入内在“义理”。

根据以上对情景教学含义的分析和模型构建情景教学的实践模式陈述，下面以高中新教材必修1“核酸是遗传信息的携带者”一节教学内容为例，从模型构建的视角，展示和呈现情景教学的全过程。

1.構建“核苷酸”类比模型的情景体验

类比模型就是借用类似形象，建立在分析现象与认识机理基础上的模型，通俗地讲，类比模型就是基于相似属性，用人们熟悉的事物类比和表征不熟悉的事物。

第一步，教师展示腺嘌呤核糖核苷酸和腺嘌呤脱氧核糖核苷酸的化学结构式，引导学生仔细观察两个核苷酸的化学结构式。启发学生：如此烦琐的化学分子结构式，对于现阶段还缺乏相应化学知识的我们，应如何避开这些化学知识，简单地将核苷酸的结构式表达出来？然后，通过各学习共同体的讨论，决定将核苷酸中的磷酸用圆替代；脱氧核糖和核糖用五边形替代；腺嘌呤用长方形替代。最后，学生进行想象、理解和推测，分别用纸片或纸板等剪出相应的图形，并用胶水相粘接。

第二步，首先，教师展示腺嘌呤核糖核苷酸和腺嘌呤脱氧核糖核苷酸的化学结构式推导出的核苷酸结构简式，引导学生思考核苷酸中的五碳糖有几种。启发学生：如何在核苷酸结构简式的基础上，突出脱氧核糖和核糖？然后，通过各学习共同体的讨论交流，得出一致意见：为了突出核苷酸中五碳糖的种类，在五边形的2号碳上画个“OH”，表示“2号碳上的氧没有脱去”，即为核糖；在五边形的2号碳上画个“H”，表示“2号碳上的氧已经脱去”，即为脱氧核糖。最后，学生根据自己的理解和归纳，分别用铅笔在自己制作的纸质五边形的相应位置写上“-OH”和“-H”。

第三步，教师先展示腺嘌呤（A）、鸟嘌呤（G）、胞嘧啶（C）、胸腺嘧啶（T）/尿嘧啶（U）四种碱基，引导学生思考核苷酸的种类。然后启发学生：通常情况下，DNA特有的碱基是T，RNA特有的碱基是U，帮助学生删除因为数学思维而多得出的2种核苷酸。最后，学生根据自己的理解及教师的提示，分别连接出8种核苷酸粘黏在白板上，并分别写上各自的名称。

2.构建“核苷酸链”类比模型的情景体验

教学过程：教师根据学生在白板上展示的一排脱氧核苷酸，以及另一排核糖核苷酸，引导学生思考：如何将其连接成脱氧核苷酸链和核糖核苷酸链？核苷酸和核苷酸之间任意连接方式有几种呢？这些任意的连接方式中，哪一种是与事实相符的？然后，每个学习共同体根据团队讨论形成的共识，用红笔分别将一个核苷酸中五碳糖的3号碳与另一个核苷酸中的磷酸相连。此时，教师可提示学生连接的键俗称为磷酸二酯键。最后，教师总结：一般情况下，DNA是由两条脱氧核苷酸链组成的，RNA是由一条核糖核苷酸链组成的。

3.构建“储存和传递遗传信息的大分子”类比模型的情景体验

教学过程：首先，教师根据学生在白板上展示的一排脱氧核苷酸（为了方便排序，可以用4个），引导学生思考连接成的脱氧核苷酸链有几种？启发学生：能否利用数学概率思维，最终形成一种概率模型？每个学习共同体根据教师提示，进行讨论、亲手排序，最终形成共识，得出概率模型（如下图）。最后，教师总结：核苷酸构成的大分子中，核苷酸（即碱基）的排列顺序代表着核酸中蕴藏着的遗传信息。

三、教学反思

基于生物学模型构建情景体验式教学，旨在通过模型构建对物质的结构和功能进行剖析，既有利于具体教学目标的确定和把握，又有利于根据不同物质的特点构建不同的模型，切实提高模型教学的实效。教师在设计教学活动时，应充分挖掘和利用教材中可运用模型方法教学的内容，考虑学生的实际能力和水平，促使更多学生参与。运用模型构建培养学生的形象思维和逻辑思维，鼓励学生结合已有认知，大胆提出假说，并用实验对假说加以验证，使模型构建真正成为学生分析和解决问题时心智操作的工具。

[本文系江苏省教育科学“十二五”规划课题“基于科学方法的中学生物模型教学策略的研究”（项目编号：D/2015/02/173）和“十三五”规划课题“聚焦农村中学‘导学教学’的生物探究式教学研究”（项目编号：JS/2019/ZX1315-08484）研究成果]

［参考文献］

［1］管晓青.微课介导下的初中生物学情境教学[J].中小学班主任，2020（08）.

［2］左开俊.基于模型构建的支架式教学研究——以“生态系统的物质循环”为例[J].生物学通报，2021，56（08）.

［3］丁奕然.坚壁清野与生命关怀：实践育人表述的建议——记与《中小学班主任》同成长的故事[J].中小学班主任，2022（03）.

左开俊   江苏省震泽中学，教授级中学高级教师。

陈海萍   江苏省江阴长泾中学。