李子音 謝群

摘要 分別從建模教學目標、教學活動、教學評價三個方面探討了建模教學中生物學學科核心素養(yǎng)的落實。

關鍵詞：生物學學科核心素養(yǎng)，高中生物學，建模

中圖分類號G633.91文獻標志碼 B

諾貝爾獎獲得者勞厄說過：“重要的不是獲得知識，而是發(fā)展思維能力。教育無非是一切己學過的東西都遺忘掉的時候，所剩下來的東西?！苯逃慕K極追求并不僅僅是知識，還在于學習過程中積淀下來的東西，即人的核心素養(yǎng)。在新一輪高中生物學課程改革中，核心素養(yǎng)成為改革的“靈魂”。如何把生物學學科核心素養(yǎng)落實到課堂教學中，實現(xiàn)課堂教學轉型，已經(jīng)成為高中生物學教師必須思考的課題。

模型與建模思維是生物學核心素養(yǎng)重要要素之一。因為，學生在模型建構過程中往往需要進行觀察或實驗、歸納和演繹，需要運用已有知識進行假設、模擬，將復雜的事物進行簡化，抽象出其本質屬性。在模型建構結束后，需要針對實際問題進行反饋性批判，還需要質疑和創(chuàng)新等要素的參與。因此，高中生物建模教學是培養(yǎng)學生生物學學科核心素養(yǎng)的重要途徑。

1基于學科核心素養(yǎng)的建模教學目標

教學內(nèi)容是學生在一堂課中要學習的課程內(nèi)容，也是學生達成學習目標的載體。學生通過對教學內(nèi)容的學習，可以達成教學目標。每一節(jié)課的教學目標的實現(xiàn)，綜合為生物學學科核心素養(yǎng)的形成。

《普通高中生物學課程標準（2017年版）》中給出了“生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性”的教學目標案例，具體內(nèi)容如下：

目標1：通過對案例的分析討論，能用物質能量的輸入和輸出平衡觀點，認識具體生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

目標2：通過對生態(tài)系統(tǒng)各種成分功能和營養(yǎng)結構關系的討論，以及運用反饋調節(jié)的原理，能初步判斷不同生態(tài)系統(tǒng)維持其穩(wěn)定性的相對能力。

目標3：能夠根據(jù)生態(tài)系統(tǒng)各種成分、結構以及數(shù)量關系構建穩(wěn)定性生態(tài)系統(tǒng)模型，并制作簡易生態(tài)瓶。

目標4：能夠為常見生態(tài)系統(tǒng)的合理利用和維持可持續(xù)發(fā)展提出有價值的建議。

案例中的教學目標是依據(jù)內(nèi)容標準、學業(yè)要求和學業(yè)質量標準制定的。目標1～4分別指向生命觀念、科學思維、科學探究和社會責任。這四個目標之間相互有交叉，每個目標中可能還含有對其他素養(yǎng)的要求。這表明任何一個教學內(nèi)容都包含核心素養(yǎng)的四個要素。但是，不同的教學內(nèi)容對核心素養(yǎng)的不同要素的要求是有側重的，并不是每一個教學內(nèi)容都必須幫助學生全面養(yǎng)成核心素養(yǎng)四個要素的。對于模型建構教學內(nèi)容，對學生核心素養(yǎng)多個要素的發(fā)展都有幫助，但主要是對科學思維和生命觀念核心素養(yǎng)的發(fā)展更有幫助。核心素養(yǎng)幾個要素的協(xié)調發(fā)展是制訂教學目標的出發(fā)點和課堂教學活動實施的落腳點。

2 基于學科核心素養(yǎng)的建模教學活動

2.1 基于學科核心素養(yǎng)的物理建模教學

構建物理模型就是基于生物學對象的特征，將抽象的生物知識以實物或圖畫等直觀具體的形式展現(xiàn)出來，促進對生物學本質的理解。例如，開展“生物膜的流動鑲嵌模型”這一教學內(nèi)容時，先將微觀的結構簡化，把握其主要特征，再將這些特征形象化、具體化重現(xiàn)是該活動的思維要點。所重現(xiàn)的重要結構準確，能體現(xiàn)有關結構的主要特點，所模擬的過程符合己知科學事實，所建立的模型實物既簡單又準確科學是該教學活動的關鍵。

在教學過程中，教師先播放白細胞吞噬病菌的動畫，使學生直觀地認識到生物膜具有流動性，幫助學生理解生物膜特點，進而使學生逐漸形成生命觀念中的結構與功能觀。接著，可以給學生分發(fā)相關材料，讓學生制作模型并展示、交流與評價，使學生能夠基于生物學事實分析生物膜的流動鑲嵌模型，培養(yǎng)學生科學思維，樹立創(chuàng)新意識與創(chuàng)新精神。學生通過“羅伯特森的電鏡實驗”與“Larry Frye等進行的人鼠細胞融合實驗”等科學史的學習，意識到要理性分析解釋科學現(xiàn)象，養(yǎng)成勇敢質疑的科學精神，形成投身科學、積極探索生命奧秘的社會責任與擔當。

2.2 基于核心素養(yǎng)的數(shù)學建模教學

在高中生物教學過程中，教師可以結合具體教學內(nèi)容引入數(shù)學思維，以生物學科知識為主，培養(yǎng)學生數(shù)學建模思維，幫助其更高效地掌握生物學科知識。例如，針對“建立種群增長的數(shù)學模型”這一教學內(nèi)容，從具體案例中推演出建構數(shù)學模型的基本規(guī)律是該教學活動的關鍵，根據(jù)具體情景抽象出數(shù)學規(guī)律，并用公式或圖表的形式表達是該活動的思維要點。

教師可以用瀕危動物華南虎數(shù)量驟減這一實例導入，引發(fā)學生對種群數(shù)量變化的關注，進而引導學生利用數(shù)學方法揭示生命現(xiàn)象的規(guī)律。教師借助生活實例、數(shù)學模型建構、小組探究等教學環(huán)節(jié)，使學生學會建立數(shù)學模型，讓學生理解生態(tài)系統(tǒng)通過自我調節(jié)保持相對穩(wěn)定的狀態(tài)，進而形成穩(wěn)態(tài)與平衡的生命觀念。并借助探討“J”型曲線、“S”型增長曲線之間陰影面積的生物學意義，提高學生探究能力，促進學生用學到的知識解釋相關社會問題，增強學生的社會責任感，從而達到培養(yǎng)學生生物學學科核心素養(yǎng)的目的。

2.3 基于核心素養(yǎng)的概念建模教學

構建概念模型時.教師可以引導學生基于生物學現(xiàn)象挖掘出其內(nèi)在本質，并用概念的形式將這些關系加以表述。例如，在學習“建立血糖調節(jié)的模型”時容，教師先將難以直接觀察到的過程形象化，再在此基礎上抽象出該過程的關鍵特點是該活動的思維要點。模擬過程簡明扼要，分析抽象出調節(jié)過程的規(guī)律，即獲得概念模型的過程是該教學活動的關鍵.

該教學內(nèi)容可以小組合作的形式開展，每位學生都有明確的學習任務，從而提高學生的探究能力。教師可引導學生小組合作構建血糖調節(jié)的過程，并歸納總結出馬拉松運動員運動時血糖調節(jié)模式圖。教師要及時捕捉，并挑選學生在探究過程中產(chǎn)生的新的核心問題在課堂上解答。學生構建完概念模型后，教師可以借助黑板、多媒體、圖片、道具等方式讓學生進行多樣化的交流展示。學生回顧血糖調節(jié)的過程，掌握本節(jié)課的核心概念——反饋調節(jié)并且能類比推理體內(nèi)其他激素調節(jié)過程，從而促進結構與功能、穩(wěn)態(tài)與平衡的生命觀念形成，并發(fā)展演繹與推理、批判性思維。最后，學生嘗試舉例說明生活中反饋調節(jié)的實例，在了解預防日常疾病知識的過程中，形成健康生活、關愛生命理念，發(fā)展社會責任素養(yǎng)。

3 基于核心素養(yǎng)的建模教學評價

在完整的教學體系中，教學評價是一個重要的組成部分。新課改背景下，教師要將學生核心素養(yǎng)的形成放在首位，而非單純片面的強調知識的掌握情況。關于模型和建模，Justi和Gilbert提出了科學教育的三個主要目標：①學習主要的科學模型;②了解模型和建模的性質;③學習使用模型。教師要多關注學生對模型的理解和學生建模能力的評估，應該增加模型的生成、評估和修改之間的系統(tǒng)循環(huán)，而不是只流于學生表面的動手操作，以此促進學生對生物模型和建模的更復雜的理解，從而促進學生對生物學本質的更深入的理解。

此外，加拿大學者Saari和Viiri發(fā)現(xiàn)，接受了一系列建模指導的七年級學生對模型的概念比沒有接受任何模型指導的九年級實驗組學生更加先進。因此，在建?；顒忧埃處煈v授模型的建構方法，引導學生主動建構模型。在學生建?；顒舆^程中，教師要積極關注學生的課堂表現(xiàn)，仔細觀察學生對模型的的構建、使用、修改和評價情況，對學生做得不好的地方進行啟發(fā)、點撥，對做得好的學生給予表揚、鼓勵。模型完成后，教師還要引導學生回顧建模過程，鼓勵學生對模型持懷疑批判態(tài)度，找出存在的問題并進行查漏補缺。學生通過教師的評價指導有針對性地對模型進行優(yōu)化改進，積極探究、闡釋生命現(xiàn)象及規(guī)律，體驗建立模型的思維過程，發(fā)展科學思維，形成生命觀念。

模型建構能夠讓學生親歷從現(xiàn)象到本質的過程，學生既可以獲得基礎的生物學知識，又能領悟生物學家在研究過程中所持有的觀點以及解決問題的思路和方法。在某種意義上，理解模型和進行模型建構活動是學生理解生物學的一把鑰匙。教師真正要做的就是讓學生使用好這把鑰匙，以此促進生物學學科核心素養(yǎng)的形成，真正發(fā)揮生物學教學對發(fā)展學生核心素養(yǎng)的作用。