【摘要】遺傳學(xué)是高中生物教學(xué)的核心也是難點(diǎn)所在，學(xué)習(xí)難度大，學(xué)生對這塊知識畏難情緒較重。本文通過介紹模型構(gòu)建方法用于遺傳學(xué)的教學(xué)，根據(jù)生物知識的不同選擇合適的生物模型。通過模型構(gòu)建改變學(xué)生的學(xué)習(xí)方式，加強(qiáng)學(xué)生課堂的主動(dòng)性，從而有效突破教學(xué)重難點(diǎn)，增強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和實(shí)踐動(dòng)手能力。同時(shí)模型構(gòu)建過程中有利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維，打破學(xué)生的思維壁壘、促進(jìn)學(xué)生深入理解知識，實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí)，最終實(shí)現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)效率的提高和學(xué)科核心素養(yǎng)的全面發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】模型構(gòu)建? 深度學(xué)習(xí)? 科學(xué)思維? 核心素養(yǎng)

【基金項(xiàng)目】本文為永安市級2021年立項(xiàng)課題《基于科學(xué)思維培養(yǎng)的生物模型構(gòu)建研究》的研究成果，課題立項(xiàng)編號：YAKT2021104。

【中圖分類號】G633.91 ? 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】2095-3089（2023）03-0178-03

《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》以發(fā)展學(xué)生生物學(xué)核心素養(yǎng)為導(dǎo)向，通過生物課程的學(xué)習(xí)，讓學(xué)生能夠運(yùn)用生物學(xué)知識探索生命規(guī)律，尋找知識的內(nèi)在聯(lián)系和規(guī)律，領(lǐng)悟?qū)W科的本質(zhì)和思想方法，形成科學(xué)思維，實(shí)現(xiàn)立德樹人的根本目標(biāo)[1]。遺傳學(xué)作為高中生物的核心知識，一直都是教學(xué)中突出的難點(diǎn)，學(xué)生存在對遺傳相關(guān)概念和術(shù)語理解不透徹，對基本規(guī)律本質(zhì)認(rèn)識不深刻，知識遺忘率高和碎片化嚴(yán)重等問題，導(dǎo)致對概念無法內(nèi)化，知識網(wǎng)絡(luò)不完整，思路不清晰，信息獲取能力不強(qiáng)，學(xué)生“談遺色變”，畏難情緒重。如何解決這一難題，一直是高中生物老師研究的重點(diǎn)。在高中生物學(xué)新課標(biāo)的核心素養(yǎng)要求中，模型和建模是發(fā)展學(xué)生科學(xué)思維的有效手段之一，通過合理模型構(gòu)建可以加深對原型特點(diǎn)的認(rèn)識和理解，讓學(xué)生經(jīng)歷知識的發(fā)現(xiàn)過程，體驗(yàn)建立模型的思維過程和科學(xué)方法[2]。所以在遺傳學(xué)的教學(xué)中合理應(yīng)用模型建構(gòu)能更好地提升學(xué)生科學(xué)思維。

生物模型有多種，在高中生物教學(xué)中最常用的模型有物理模型、概念模型和數(shù)學(xué)模型。在教學(xué)中，根據(jù)遺傳學(xué)的具體內(nèi)容選擇合適的模型，能有效實(shí)現(xiàn)科學(xué)思維與核心知識的有機(jī)結(jié)合，知識的學(xué)習(xí)與知識遷移綜合起來，運(yùn)用知識解決問題的能力和經(jīng)驗(yàn)的拓展整合起來，從而更好地理解遺傳相關(guān)術(shù)語與概念，加深對基本規(guī)律的認(rèn)識，減輕學(xué)生的學(xué)習(xí)壓力，增強(qiáng)學(xué)生分析和解決問題的能力，提升學(xué)生創(chuàng)新和實(shí)踐能力，為學(xué)生學(xué)好遺傳并實(shí)現(xiàn)綜合發(fā)展提供保障，最終達(dá)到學(xué)生的深度學(xué)習(xí)和提高學(xué)科核心素養(yǎng)的目的。

一、構(gòu)建物理模型，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)規(guī)律，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維

物理模型在生物教學(xué)中的運(yùn)用很廣泛，作用也很大，它將某些抽象的知識通過找尋內(nèi)部本質(zhì)的聯(lián)系，轉(zhuǎn)化成形象直觀的物象，實(shí)現(xiàn)學(xué)生對客觀事物認(rèn)識的拓展和深化。在教學(xué)中利用課本素材進(jìn)行模型構(gòu)建，并加以改造，可提高學(xué)生對知識的理解。

例如在“性狀分離比的模擬實(shí)驗(yàn)中”，引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建配子比模型：用甲、乙兩個(gè)小桶分別代表雌、雄生殖器官，甲、乙小桶內(nèi)的彩球分別代表雌、雄配子，分別從兩個(gè)小桶內(nèi)隨機(jī)抓取一個(gè)小球，模擬生物在生殖過程中，雌、雄配子的隨機(jī)組合[3]。在模擬實(shí)際生殖過程中，甲、乙兩個(gè)小桶中小球總數(shù)可以不等（原因是在生物實(shí)際生殖過程中雄性產(chǎn)生的配子數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于雌性產(chǎn)生的配子數(shù)），但兩種彩球在甲、乙兩個(gè)小桶中的比例確保1：1，表示產(chǎn)生不同配子的幾率一樣。在教學(xué)中，通過對該模型進(jìn)行改造，可以提升學(xué)生對物理模型的構(gòu)建能力。比如改造成模擬測交實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ停褐灰獙⒁粋€(gè)小桶裝一種顏色的小球，另一個(gè)裝兩種顏色的小球，其他模擬過程不變。還可以進(jìn)一步改造，比如模擬控制兩對相對性狀的雜合子（AaBb×AaBb）基因自由組合模型：在甲桶放置等數(shù)量的黑白彩球，代表A，a兩種基因，在乙桶放置等數(shù)量紅黃彩球，代表B，b兩種基因，分別從甲、乙小桶中抓取小球模擬等位基因的分離，將甲、乙抓取的小球放在一起又可模擬非等位基因的自由組合。這一模型形象生動(dòng)地闡釋了分離定律和自由組合定律，有利于學(xué)生深入理解兩大定律實(shí)質(zhì)。通過這樣的模型構(gòu)建，學(xué)生既動(dòng)手又動(dòng)腦，使課堂變得生動(dòng)有趣，又讓學(xué)生在模型構(gòu)建中發(fā)現(xiàn)規(guī)律，提升了思維能力。

再如DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)是典型的物理模型，在教學(xué)中可以引導(dǎo)學(xué)生充分利用教材中的科學(xué)史構(gòu)建物理模型。教師以科學(xué)家的研究故事為背景，通過優(yōu)化課程資源引導(dǎo)學(xué)生分析科學(xué)史的相關(guān)資料：將沃森、克里克建立DNA 雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的研究過程轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生邊分析資料邊構(gòu)建物理模型的探究過程，讓學(xué)生沿著科學(xué)家的足跡邊建模邊修正，在構(gòu)建模型過程中發(fā)現(xiàn)問題，共同討論、及時(shí)糾正，嘗試建構(gòu)多種雙螺旋和三螺旋結(jié)構(gòu)模型，然后對模型進(jìn)行評價(jià)、修正、完善，最后得到正確的DNA分子結(jié)構(gòu)模型。這樣就把知識的傳授過程優(yōu)化成為一個(gè)科學(xué)的探究過程，讓學(xué)生沿著科學(xué)家的思維和方法去感知和探索，同時(shí)用構(gòu)建模型的方法去解決問題，領(lǐng)悟到科學(xué)知識的真諦。整個(gè)過程提高了學(xué)生科學(xué)探究能力，開發(fā)了學(xué)生的思維，培養(yǎng)學(xué)生的空間想象能力，讓學(xué)生進(jìn)行深度學(xué)習(xí)。在教學(xué)中只要對教材中已有的模型充分利用和深入挖掘，并加以分析改造，使之更易于學(xué)生找到知識的本質(zhì)聯(lián)系，理解生物學(xué)規(guī)律，促進(jìn)學(xué)生的深度學(xué)習(xí)。

二、構(gòu)建概念模型，形成知識結(jié)構(gòu)體系，提升學(xué)生的科學(xué)思維

概念學(xué)習(xí)不是單純機(jī)械性的記憶過程，而是一個(gè)理解的過程，學(xué)生對概念的學(xué)習(xí)需要逐步深入和提高，要挖掘其內(nèi)涵和外延。遺傳學(xué)中有很多相關(guān)概念，有很大的關(guān)聯(lián)性，學(xué)生如果不能對概念理解透徹，容易將不同概念混淆，而造成理解的誤區(qū)。如能以核心概念為中心發(fā)展形成概念模型，更能加深學(xué)生的理性認(rèn)識，實(shí)現(xiàn)深入理解概念間的內(nèi)在與聯(lián)系，提升學(xué)生的科學(xué)思維。學(xué)生還能清晰把握此概念在概念層次中的位置，以及這個(gè)概念和其他概念的關(guān)聯(lián)，在概念之間形成邏輯關(guān)系，有助于學(xué)生記憶和理解，進(jìn)行深度學(xué)習(xí)。比如以核心概念基因與性狀為例，基因的相關(guān)概念包括基因、等位基因、非等位基因、顯性基因、隱性基因等；性狀的相關(guān)概念包括性狀、相對性狀、顯性性狀、隱性性狀、性狀分離等；與它們有關(guān)聯(lián)的概念包括基因型、表現(xiàn)型、純合子、雜合子等。將核心概念基因和性狀作為要點(diǎn)構(gòu)建概念模型時(shí)，讓學(xué)生學(xué)會(huì)整合有關(guān)概念的基本內(nèi)容和拓展內(nèi)容，理解相關(guān)概念之間的關(guān)系。這樣遺傳學(xué)中的基本概念都可以清楚闡述，實(shí)現(xiàn)構(gòu)建基因和性狀完整知識結(jié)構(gòu)。

這個(gè)過程同時(shí)也將與分離定律有關(guān)的核心概念闡述清楚，為自由組合定律、伴性遺傳、變異與育種等知識點(diǎn)的學(xué)習(xí)奠定了扎實(shí)的概念基礎(chǔ)。

又如在“基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成”這一節(jié)中，遺傳信息的轉(zhuǎn)錄和翻譯是這一節(jié)的核心概念，其他相關(guān)聯(lián)的概念有：DNA和RNA分子結(jié)構(gòu)的異同，RNA的種類和功能，遺傳密碼子和反密碼子的組成和區(qū)別等。在教學(xué)過程中，教師要充分利用教材插圖引導(dǎo)學(xué)生自主構(gòu)建以轉(zhuǎn)錄和翻譯兩個(gè)過程為核心的概念模型，讓學(xué)生形成知識網(wǎng)絡(luò)，解決知識零散殘缺等問題，讓學(xué)生在理解多個(gè)知識點(diǎn)的基礎(chǔ)上，形成知識之間的內(nèi)在聯(lián)系，從而構(gòu)建出完整的基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成概念模型。在教學(xué)中，首先構(gòu)建“DNA和RNA的區(qū)別”的概念模型，通過設(shè)置問題串引導(dǎo)學(xué)生自主閱讀教材：①DNA和RNA在組成單位、結(jié)構(gòu)、功能和分布上有什么區(qū)別；②為什么RNA適合作DNA的信使；③RNA有哪幾種，它們的功能分別是什么；接著充分利用課本插圖幫助學(xué)生深入理解重要概念，培養(yǎng)學(xué)生識圖、辨圖和析圖的能力，構(gòu)建出“DNA和RNA的區(qū)別”的概念，在整個(gè)過程中也滲透結(jié)構(gòu)和功能相適應(yīng)的生命觀念。再構(gòu)建“遺傳信息的轉(zhuǎn)錄”的概念模型，教師引導(dǎo)學(xué)生閱讀教材，結(jié)合教材轉(zhuǎn)錄插圖和文字，通過思考相關(guān)問題串：①圖中真核細(xì)胞中，轉(zhuǎn)錄的場所是在哪里，是整條DNA鏈的完整轉(zhuǎn)錄，還是片段的轉(zhuǎn)錄？②圖中轉(zhuǎn)錄時(shí)DNA雙鏈有全部解開嗎，是用DNA的哪一條鏈作為轉(zhuǎn)錄的模板？③游離的核糖核苷酸是怎樣結(jié)合到模板鏈上，遵循什么原則，轉(zhuǎn)錄時(shí)需要什么條件，轉(zhuǎn)錄的結(jié)果一定是形成mRNA嗎？引導(dǎo)學(xué)生通過問題串閱讀并描述出轉(zhuǎn)錄的概念，歸納轉(zhuǎn)錄的場所、模板、條件、原料、遵循的原則等知識，通過深入理解概念后，指導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建及修正形成“遺傳信息的轉(zhuǎn)錄”的概念模型。接著繼續(xù)構(gòu)建“遺傳信息的翻譯”的概念模型，同樣教師引導(dǎo)學(xué)生閱讀教材，結(jié)合教材翻譯插圖和文字，通過思考相關(guān)問題串：①mRNA進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)后，需與什么細(xì)胞器結(jié)合才開始合成蛋白質(zhì)，從mRNA的什么位置開始翻譯的？②游離在細(xì)胞質(zhì)的氨基酸，需要誰的攜帶才能進(jìn)入核糖體，最多能同時(shí)進(jìn)入幾個(gè)？③翻譯時(shí)遵循什么原則？需要什么條件？翻譯時(shí)的啟動(dòng)、延伸、終止是如何實(shí)現(xiàn)的，產(chǎn)物是什么？引導(dǎo)學(xué)生閱讀教材理解翻譯的場所、模板、條件等相關(guān)概念，構(gòu)建及修正形成“遺傳信息的翻譯”的概念模型。最后通過給出一段DNA片段讓學(xué)生寫出以其中DNA的一條鏈為模板得到轉(zhuǎn)錄的結(jié)果，接著讓學(xué)生結(jié)合密碼子表依據(jù)相關(guān)密碼子對應(yīng)的氨基酸關(guān)系，體驗(yàn)翻譯的過程。通過學(xué)生畫基因的表達(dá)過程簡圖，讓學(xué)生親身體驗(yàn)遺傳信息的轉(zhuǎn)錄和翻譯的模型構(gòu)建過程，這樣增強(qiáng)學(xué)生的課堂參與度，激發(fā)學(xué)生主動(dòng)探索知識的樂趣；同時(shí)也加深對重要概念的深度理解，提升學(xué)生的建模思維和能力。

所以在遺傳知識的學(xué)習(xí)中，通過對重要概念及相關(guān)概念進(jìn)行梳理，將各方面知識貫穿起來構(gòu)建概念模型，有利于學(xué)生將碎片化的概念系統(tǒng)化，將零散的知識結(jié)構(gòu)化，實(shí)現(xiàn)對獲取的知識歸類整合，對重要概念的深度理解，最終形成系統(tǒng)和完整的知識體系。并在此過程提升了歸納和概括，模型和建模等科學(xué)思維能力，促進(jìn)學(xué)生生物學(xué)核心素養(yǎng)的提高。

三、構(gòu)建數(shù)學(xué)模型，揭示事物本質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)生的理性思維

數(shù)學(xué)模型是聯(lián)系實(shí)際問題與數(shù)學(xué)的橋梁，它能有效地發(fā)現(xiàn)和解決問題，探索新規(guī)律，因此利用好數(shù)學(xué)模型能更好地解釋一些復(fù)雜難以理解的生物知識。在高中生物教學(xué)過程中，通過分析具體事物或需要理解的現(xiàn)象，運(yùn)用合適的數(shù)學(xué)形式來構(gòu)建數(shù)學(xué)模型，把抽象的生物問題變得具體化，然后再通過知識點(diǎn)的轉(zhuǎn)化和提取，變?yōu)槲覀兪煜さ膬?nèi)容，再總結(jié)歸納出數(shù)學(xué)規(guī)律，獲得特定的數(shù)學(xué)形式，從而全面推動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)效率的提升，實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí)。例如“減數(shù)分裂”是高中生物教學(xué)中的重要內(nèi)容，也是其中一個(gè)難點(diǎn)，對于染色體、染色單體、DNA的變化，學(xué)生掌握普遍模糊，容易混淆，常常出錯(cuò)。在這部分內(nèi)容的教學(xué)時(shí)，教師可先播放減數(shù)分裂過程的視頻，學(xué)生觀察各時(shí)期染色體行為變化，讓學(xué)生有一個(gè)感性認(rèn)識。然后引導(dǎo)學(xué)生利用教材中的減數(shù)分裂的過程圖分析各時(shí)期染色體行為的變化，并結(jié)合對聯(lián)會(huì)、交叉互換、四分體等相關(guān)概念的理解，以同源染色體、染色體、姐妹染色單體的變化繪制減數(shù)分裂模式圖，這實(shí)際上是物理建模的過程。接著據(jù)圖分析不同時(shí)期的同源染色體、染色體、染色單體以及DNA數(shù)量變化的特征，尋找其增加或減少的原因，構(gòu)建出染色體、DNA數(shù)量變化的數(shù)學(xué)模型，實(shí)現(xiàn)對其變化的本質(zhì)深入理解。再進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生將構(gòu)建出來的模型轉(zhuǎn)變成染色體、DNA數(shù)目變化的曲線圖或柱狀圖，通過模型的轉(zhuǎn)變，提升學(xué)生的建模能力，也深化學(xué)生對減數(shù)分裂數(shù)學(xué)模型的理解，實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí)。最后教師也可結(jié)合有絲分裂，讓學(xué)生回憶有絲分裂的過程，分析比較兩者之間的異同點(diǎn)，從而有效區(qū)分兩個(gè)分裂過程，加深對這兩部分知識的理解，實(shí)現(xiàn)深層次教學(xué)。

遺傳學(xué)的許多知識都涉及到數(shù)學(xué)的計(jì)算問題：比如利用遺傳定律進(jìn)行概率的計(jì)算，特殊比例的應(yīng)用，后代發(fā)病率，遺傳平衡定律等，這些涉及學(xué)科知識間的綜合，對學(xué)生能力要求更高，如果在教學(xué)過程中引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)知識構(gòu)建曲線模型、概率模型等數(shù)學(xué)模型來突破遺傳計(jì)算的復(fù)雜問題，實(shí)現(xiàn)學(xué)科之間知識的融合，發(fā)展學(xué)生的生物素養(yǎng)。所以培養(yǎng)學(xué)生構(gòu)建數(shù)學(xué)模型，能實(shí)現(xiàn)學(xué)生多角度思維和探究能力的提升，解決問題和思維拓展能力的鍛煉，真正達(dá)到核心素養(yǎng)的升華。

綜上所述，高中生物教學(xué)中運(yùn)用模型建構(gòu)的方法將具體的知識構(gòu)建成物理、概念或者數(shù)學(xué)模型，是優(yōu)化教學(xué)行之有效的方式。教師教學(xué)中應(yīng)當(dāng)深化對模型構(gòu)建教學(xué)模式的認(rèn)知與把握，以提升學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)為出發(fā)點(diǎn)，并根據(jù)教學(xué)內(nèi)容采用合適的模型引導(dǎo)學(xué)生建模，讓學(xué)生學(xué)習(xí)、思考與探究，從而降低教學(xué)難度，豐富教學(xué)形式和趣味性，實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí)，并促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)的綜合發(fā)展，使生物核心素養(yǎng)最終落地生根。

參考文獻(xiàn)：

[1]中華人民共和國教育部.普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)：2017版[M].北京：人民教育出版社，2018.

[2]金爽.基于深度學(xué)習(xí)的生物模型建構(gòu)學(xué)習(xí)策略[J].天津教育，2020（10）：45-46.

[3]普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書.生物2.必修.遺傳與進(jìn)化[M].北京：人民教育出版社，2007.

作者簡介：

鄧宜新（1982年1月—），男，漢族，福建永安人，大學(xué)本科學(xué)歷，中學(xué)一級職稱，研究方向：高中生物教學(xué)。