吳丹

摘 要：高中生物學(xué)模型思維的培養(yǎng)一直備受關(guān)注，文章從“穩(wěn)態(tài)與平衡觀”的視角出發(fā)，探討了相應(yīng)的培養(yǎng)策略。通過分析考察教學(xué)實(shí)際，提出了以培養(yǎng)學(xué)生觀察、分析、解釋和預(yù)測(cè)能力為核心的培養(yǎng)策略。研究表明，通過“穩(wěn)態(tài)與平衡觀”培養(yǎng)學(xué)生高中生物學(xué)模型思維，有助于提升學(xué)生綜合能力和科學(xué)素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：穩(wěn)態(tài)與平衡觀；高中生物學(xué)；模型思維；培養(yǎng)

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，培養(yǎng)學(xué)生生物學(xué)模型思維成為教育的重要任務(wù)。模型思維能夠幫助學(xué)生理解和解釋生物現(xiàn)象，培養(yǎng)其科學(xué)探究和問題解決能力。在這一背景下，以“穩(wěn)態(tài)與平衡觀”為基礎(chǔ)的培養(yǎng)策略備受關(guān)注。穩(wěn)態(tài)與平衡觀關(guān)注生命系統(tǒng)在變化中維持相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)，這一概念有助于培養(yǎng)學(xué)生系統(tǒng)思維和動(dòng)態(tài)分析能力。本文將探討如何通過該觀念培養(yǎng)學(xué)生生物學(xué)模型思維，以及其在教學(xué)中的應(yīng)用。

一、“穩(wěn)態(tài)與平衡觀”的內(nèi)涵及對(duì)高中生物學(xué)教學(xué)的影響

“穩(wěn)態(tài)與平衡觀”作為一種重要的生物學(xué)觀念，強(qiáng)調(diào)生命系統(tǒng)在變化中保持相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)，具有深刻的內(nèi)涵，對(duì)高中生物學(xué)教學(xué)產(chǎn)生了積極的影響。這一觀念不僅有助于學(xué)生深入理解生物現(xiàn)象和機(jī)制，還能培養(yǎng)學(xué)生的系統(tǒng)思維、模型思維和科學(xué)探究能力[1]。

首先，穩(wěn)態(tài)與平衡觀突出了生命系統(tǒng)的穩(wěn)定性與動(dòng)態(tài)性。生命系統(tǒng)內(nèi)部存在著復(fù)雜的相互作用和調(diào)節(jié)機(jī)制，以維持相對(duì)穩(wěn)定的內(nèi)環(huán)境。這一觀念有助于學(xué)生理解生命系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與功能之間的相互關(guān)系，以及生命系統(tǒng)在外界變化下的自我調(diào)節(jié)和適應(yīng)能力。在教學(xué)中，通過生動(dòng)的案例和實(shí)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生觀察和分析生命系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)變化，幫助他們建立起穩(wěn)態(tài)與平衡觀的意識(shí)。

其次，穩(wěn)態(tài)與平衡觀促進(jìn)了學(xué)生的系統(tǒng)思維能力的培養(yǎng)。生命系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的整體，其中各個(gè)組成部分相互聯(lián)系、相互作用。培養(yǎng)學(xué)生將生物現(xiàn)象放在更大的系統(tǒng)背景下進(jìn)行分析和理解，有助于他們形成系統(tǒng)思維的能力。在教學(xué)中，可以引導(dǎo)學(xué)生探討生命系統(tǒng)中的反饋機(jī)制、調(diào)節(jié)過程等，培養(yǎng)他們將局部與整體相結(jié)合的思維方式。此外，穩(wěn)態(tài)與平衡觀對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的模型思維和科學(xué)探究能力也具有重要意義。生命系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)與平衡關(guān)系常?？梢杂脭?shù)學(xué)模型或圖表來表示，培養(yǎng)學(xué)生將生物現(xiàn)象抽象為模型的能力。在教學(xué)中，可以引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建生命系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，進(jìn)行定量分析和預(yù)測(cè)。同時(shí)，通過提出問題、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、進(jìn)行數(shù)據(jù)收集與分析等科學(xué)探究活動(dòng)，培養(yǎng)學(xué)生解決問題和探索未知的能力。

最后，穩(wěn)態(tài)與平衡觀強(qiáng)調(diào)了生命系統(tǒng)的整體性和聯(lián)動(dòng)性。生物現(xiàn)象往往是由多個(gè)組成部分協(xié)同作用產(chǎn)生的結(jié)果。教學(xué)中可以通過引導(dǎo)學(xué)生研究生物圈等復(fù)雜的生命系統(tǒng)，幫助他們理解生命系統(tǒng)的整體特點(diǎn)和相互關(guān)系，培養(yǎng)學(xué)生跨學(xué)科思維和綜合分析能力。綜上所述，穩(wěn)態(tài)與平衡觀的內(nèi)涵豐富而深刻，對(duì)高中生物學(xué)教學(xué)產(chǎn)生了重要影響。通過培養(yǎng)學(xué)生對(duì)生命系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)與平衡關(guān)系的理解，可以促進(jìn)他們的系統(tǒng)思維、模型思維和科學(xué)探究能力的發(fā)展，為培養(yǎng)具有綜合素質(zhì)的生物學(xué)人才奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

二、高中生物學(xué)模型思維的特征和培養(yǎng)價(jià)值

高中生物學(xué)模型思維是指學(xué)生通過建立和運(yùn)用生物學(xué)模型來理解和解釋生物現(xiàn)象的能力，具有獨(dú)有的特征和重要的培養(yǎng)價(jià)值。這種思維方式不僅有助于學(xué)生深入探究生物學(xué)知識(shí)，還培養(yǎng)了他們的創(chuàng)新能力、批判性思維和實(shí)際應(yīng)用能力。

首先，高中生物學(xué)模型思維的特征在于抽象與具體的結(jié)合。學(xué)生在學(xué)習(xí)生物現(xiàn)象時(shí)，將復(fù)雜的生命系統(tǒng)抽象為數(shù)學(xué)模型、圖表或圖像，更加直觀地展現(xiàn)生物過程的本質(zhì)[2]。例如，在講解“基因遺傳規(guī)律”相關(guān)知識(shí)時(shí)，學(xué)生可以通過建立基因座位圖譜模型來描述基因在染色體上的分布情況，使抽象的遺傳原理變得具體可見。其次，高中生物學(xué)模型思維強(qiáng)調(diào)定量分析和預(yù)測(cè)能力的培養(yǎng)。學(xué)生通過構(gòu)建數(shù)學(xué)模型，可以進(jìn)行定量分析，預(yù)測(cè)不同因素對(duì)生命系統(tǒng)的影響。例如，通過建立食物鏈和食物網(wǎng)模型，學(xué)生可以定量分析食物鏈中不同物種的相對(duì)數(shù)量變化，預(yù)測(cè)環(huán)境變化對(duì)生態(tài)平衡的影響。再次，高中生物學(xué)模型思維注重系統(tǒng)性思考。生命系統(tǒng)內(nèi)部存在著復(fù)雜的相互作用和調(diào)節(jié)機(jī)制，學(xué)生需要從整體的角度來思考問題。通過建立模型，學(xué)生可以更好地理解生命系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能之間的相互關(guān)系，培養(yǎng)他們的系統(tǒng)思維能力。此外，高中生物學(xué)模型思維強(qiáng)調(diào)實(shí)際應(yīng)用能力的培養(yǎng)。模型思維不僅僅停留在理論層面，還能夠幫助學(xué)生解決實(shí)際問題。例如，在疾病傳播的研究中，學(xué)生可以通過建立傳染病模型來預(yù)測(cè)疾病傳播的趨勢(shì)，為公共衛(wèi)生決策提供科學(xué)依據(jù)。高中生物學(xué)模型思維的培養(yǎng)價(jià)值在于培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力。模型思維能夠幫助學(xué)生跳出傳統(tǒng)的思維模式，培養(yǎng)他們從不同角度思考問題、提出新的假設(shè)和解釋的能力。此外，模型思維也能夠?yàn)閷W(xué)生今后的科學(xué)研究和實(shí)際應(yīng)用提供有力的支持，使他們能夠更好地運(yùn)用生物學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題。

總之，高中生物學(xué)模型思維具有抽象與具體結(jié)合、定量分析與預(yù)測(cè)、系統(tǒng)性思考和實(shí)際應(yīng)用等特征。培養(yǎng)這種思維方式不僅能夠幫助學(xué)生更深入地理解生物現(xiàn)象，還能夠培養(yǎng)他們的創(chuàng)新能力和實(shí)際應(yīng)用能力，為培養(yǎng)具有綜合素質(zhì)的生物學(xué)人才提供重要支持。

三、基于“穩(wěn)態(tài)與平衡觀”的高中生物學(xué)模型思維的培養(yǎng)策略

（一）模型構(gòu)建，培養(yǎng)高中生的系統(tǒng)思維

教師要引導(dǎo)學(xué)生了解模型在生物學(xué)中的重要性，以及如何構(gòu)建和使用模型來理解復(fù)雜的生物現(xiàn)象。教師可以分享一些經(jīng)典的生物學(xué)模型，如DNA雙螺旋模型、細(xì)胞膜模型等，讓學(xué)生感受模型在科學(xué)研究中的應(yīng)用。還應(yīng)鼓勵(lì)學(xué)生根據(jù)所學(xué)知識(shí)構(gòu)建自己的模型，解釋生物現(xiàn)象。例如，學(xué)生可以設(shè)計(jì)模型來說明生命系統(tǒng)中的食物鏈關(guān)系、細(xì)胞內(nèi)信號(hào)傳導(dǎo)過程等，通過手工制作、計(jì)算機(jī)繪圖等方式，將抽象的概念形象地呈現(xiàn)出來。同時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生思考模型的局限性和優(yōu)化方向。讓學(xué)生評(píng)估所構(gòu)建模型的準(zhǔn)確性和適用性，思考如何根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行改進(jìn)，培養(yǎng)他們的批判性思維和創(chuàng)新能力。學(xué)生可以選擇一個(gè)生態(tài)現(xiàn)象，如能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)，利用紙板、彩紙等材料構(gòu)建一個(gè)生命系統(tǒng)模型，通過模型展示不同生物之間的相互作用和平衡關(guān)系。在細(xì)胞生物學(xué)方面，學(xué)生可以使用軟件工具繪制細(xì)胞膜滲透調(diào)節(jié)的模型，展示細(xì)胞內(nèi)外環(huán)境的動(dòng)態(tài)平衡。

（二）問題驅(qū)動(dòng)，培養(yǎng)高中生的探究精神

教師要鼓勵(lì)學(xué)生主動(dòng)提出問題，并引導(dǎo)他們通過探究來解答問題。教師可以在教學(xué)中提出開放性問題，如“為什么一些生物能夠在極端環(huán)境中生存？”“細(xì)胞內(nèi)外環(huán)境的平衡是如何調(diào)節(jié)的？”等，激發(fā)學(xué)生的好奇心和求知欲。還應(yīng)組織學(xué)生參與課外科研項(xiàng)目，讓他們深入探討自己感興趣的生物學(xué)課題。學(xué)生可以選擇一個(gè)生態(tài)現(xiàn)象或細(xì)胞過程作為研究對(duì)象，進(jìn)行實(shí)地調(diào)查、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)分析，培養(yǎng)他們的獨(dú)立探究能力。教師要重視引導(dǎo)學(xué)生將問題與現(xiàn)實(shí)應(yīng)用聯(lián)系起來，培養(yǎng)他們解決實(shí)際問題的能力。

例如，“血糖平衡調(diào)節(jié)”是一個(gè)非常適合培養(yǎng)高中生探究精神和生物學(xué)模型思維的課題。教師首先向?qū)W生提出“為什么動(dòng)物需要保持血糖水平的平衡？它是如何調(diào)節(jié)的？”鼓勵(lì)學(xué)生自主進(jìn)行獨(dú)立研究，獲取相關(guān)信息。學(xué)生可以設(shè)計(jì)一些簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)來研究血糖平衡調(diào)節(jié)。例如，他們可以觀察在進(jìn)食后血糖水平的變化，或者在進(jìn)行體育活動(dòng)后如何影響血糖。這有助于他們理解生物體內(nèi)的調(diào)節(jié)機(jī)制。學(xué)生可以使用圖表、流程圖或三維模型來表示胰島素的作用、肝臟的參與以及血糖濃度的變化。這鍛煉了他們建模和圖像化思維的能力。

（三）培養(yǎng)穩(wěn)態(tài)與平衡觀的意識(shí)

在教學(xué)中，教師可以通過生動(dòng)的實(shí)例引導(dǎo)學(xué)生思考物種之間相互作用和資源利用的平衡關(guān)系，以及生物體內(nèi)細(xì)胞內(nèi)外環(huán)境的穩(wěn)態(tài)調(diào)控。教師可以引導(dǎo)學(xué)生觀察自然界中的例子，如食物鏈、食物網(wǎng)、生態(tài)金字塔等，讓他們深入理解不同生物之間的相互依賴與平衡。同時(shí)，通過探討物種數(shù)量的波動(dòng)和穩(wěn)定狀態(tài)的特點(diǎn)，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)于生態(tài)平衡的敏感性。在細(xì)胞生物學(xué)領(lǐng)域，可以通過細(xì)胞膜的滲透調(diào)節(jié)、體內(nèi)酸堿平衡等案例，引導(dǎo)學(xué)生理解細(xì)胞內(nèi)外環(huán)境的動(dòng)態(tài)平衡以及細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)的重要性。例如，通過實(shí)驗(yàn)演示細(xì)胞膜對(duì)不同溶液的滲透情況，讓學(xué)生觀察和思考細(xì)胞膜的滲透調(diào)節(jié)對(duì)細(xì)胞穩(wěn)態(tài)的影響。在教學(xué)方面，教師可以選擇一個(gè)具體的生態(tài)環(huán)境，如森林、濕地等，讓學(xué)生分析其中的生物種類、數(shù)量變化以及相互關(guān)系，引導(dǎo)他們思考該生命系統(tǒng)如何保持穩(wěn)態(tài)和平衡。在細(xì)胞生物學(xué)方面，可以進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，觀察細(xì)胞在不同滲透濃度溶液中的現(xiàn)象，讓學(xué)生體驗(yàn)細(xì)胞膜調(diào)節(jié)穩(wěn)態(tài)的過程[3]。

（四）建立更加系統(tǒng)的思維機(jī)制

在教學(xué)過程中，教師可以引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用科學(xué)方法，通過實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)收集與分析，來解答自己提出的問題，建立更加系統(tǒng)的思維機(jī)制。舉例來說，學(xué)生可以設(shè)計(jì)一個(gè)模擬實(shí)驗(yàn)，觀察在不同環(huán)境條件下物種數(shù)量的變化，揭示環(huán)境因素對(duì)穩(wěn)態(tài)的影響。又或者，學(xué)生可以進(jìn)行細(xì)胞實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證細(xì)胞膜在不同滲透條件下的滲透調(diào)節(jié)能力，以此來理解細(xì)胞內(nèi)外環(huán)境的平衡機(jī)制。更進(jìn)一步，教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生深入探討問題背后的機(jī)制和原理。以“動(dòng)物體溫平衡”相關(guān)知識(shí)為例，學(xué)生應(yīng)該使用實(shí)際案例或模擬實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證他們的模型。他們可以通過研究不同氣溫下不同動(dòng)物的體溫變化來驗(yàn)證模型的準(zhǔn)確性。教師引導(dǎo)學(xué)生討論他們的模型，分享他們的發(fā)現(xiàn)。學(xué)生可以提出問題、挑戰(zhàn)模型，并討論不同動(dòng)物在不同環(huán)境中如何調(diào)節(jié)體溫。這種討論有助于培養(yǎng)批判性思維和系統(tǒng)思考。最后，教師可以引導(dǎo)學(xué)生思考體溫平衡對(duì)于動(dòng)物生存的實(shí)際應(yīng)用。如在寒冷的冬天或酷熱的夏天，動(dòng)物如何適應(yīng)環(huán)境。通過這樣的引導(dǎo)，學(xué)生將能夠逐步培養(yǎng)起自主提問、科學(xué)實(shí)驗(yàn)、數(shù)據(jù)分析等一系列科學(xué)研究的能力。這種學(xué)習(xí)方式不僅能夠使學(xué)生具備更加系統(tǒng)的思維機(jī)制，還能夠鍛煉他們的邏輯思維，培養(yǎng)學(xué)生解決問題的能力。同時(shí)，學(xué)生在實(shí)際操作中能夠更好地理解抽象的生物學(xué)理論，使知識(shí)更具體、更有意義。通過這種方式，學(xué)生將更加主動(dòng)地投入學(xué)習(xí)中，形成積極的學(xué)習(xí)態(tài)度和深刻的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。

（五）跨學(xué)科融合，拓寬學(xué)生的視野

教師在培養(yǎng)學(xué)生穩(wěn)態(tài)與平衡觀念和模型思維時(shí)，應(yīng)積極鼓勵(lì)學(xué)生將這些概念應(yīng)用到不同學(xué)科領(lǐng)域，促進(jìn)跨學(xué)科融合。這樣的跨學(xué)科方法不僅能夠豐富學(xué)生的知識(shí)，還能夠培養(yǎng)他們的綜合素養(yǎng)和解決問題的能力。首先，教師可以通過設(shè)計(jì)有趣的跨學(xué)科課題，引導(dǎo)學(xué)生探索生命系統(tǒng)與化學(xué)、物理等領(lǐng)域的關(guān)聯(lián)。教師可以要求學(xué)生研究細(xì)胞內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)，了解細(xì)胞內(nèi)各種物質(zhì)的平衡濃度是如何維持的，以及不同反應(yīng)如何相互影響[4]。通過這樣的案例，學(xué)生能夠深入理解穩(wěn)態(tài)與平衡的重要性，并將生物學(xué)知識(shí)與化學(xué)知識(shí)有機(jī)地結(jié)合起來。其次，教師可以組織學(xué)科間的合作與討論，鼓勵(lì)學(xué)生從多個(gè)角度思考穩(wěn)態(tài)與平衡問題。在團(tuán)隊(duì)合作中，學(xué)生可以共同探討物種平衡如何與環(huán)境中的物理因素相互作用。通過與物理學(xué)或地理學(xué)等領(lǐng)域的知識(shí)結(jié)合，學(xué)生能夠從更廣闊的視角去理解問題，形成更為全面的認(rèn)識(shí)。此外，教師可以通過實(shí)際案例分析，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)穩(wěn)態(tài)與平衡在現(xiàn)實(shí)問題中的應(yīng)用價(jià)值。舉例來說，教師可以引導(dǎo)學(xué)生探討城市生態(tài)系統(tǒng)中的穩(wěn)態(tài)調(diào)控，讓他們思考人類活動(dòng)對(duì)城市生態(tài)平衡的影響，培養(yǎng)他們的環(huán)境意識(shí)和社會(huì)責(zé)任感。通過這樣的案例，學(xué)生能夠?qū)⒊橄蟮母拍钆c實(shí)際問題相結(jié)合，加深對(duì)穩(wěn)態(tài)與平衡原理的理解。教師應(yīng)該充分利用跨學(xué)科的方法，引導(dǎo)學(xué)生將穩(wěn)態(tài)與平衡的觀念和模型思維運(yùn)用到不同學(xué)科領(lǐng)域中。通過設(shè)計(jì)跨學(xué)科課題、促進(jìn)學(xué)科間的合作與討論，以及通過實(shí)際案例分析，可以培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力，使他們更好地理解和應(yīng)用穩(wěn)態(tài)與平衡的概念。這種綜合性的學(xué)習(xí)方式將有助于學(xué)生更全面地認(rèn)識(shí)生命系統(tǒng)的復(fù)雜性和多樣性。

（六）情境模擬，培養(yǎng)學(xué)生的決策能力

設(shè)計(jì)情境，讓學(xué)生在虛擬環(huán)境中體驗(yàn)穩(wěn)態(tài)與平衡的調(diào)節(jié)過程。例如，通過計(jì)算機(jī)模擬軟件，讓學(xué)生調(diào)整不同因素的數(shù)值，觀察物種數(shù)量的變化，培養(yǎng)他們?cè)诓煌瑮l件下制定決策的能力。引導(dǎo)學(xué)生分析決策對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)的影響，培養(yǎng)他們預(yù)測(cè)結(jié)果的能力。學(xué)生可以通過情境模擬，觀察不同決策對(duì)生態(tài)平衡的影響，分析其背后的原因，進(jìn)一步理解穩(wěn)態(tài)與平衡的關(guān)系。組織角色扮演活動(dòng)，讓學(xué)生扮演生態(tài)環(huán)境管理者或細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)者的角色，制定決策并進(jìn)行討論。通過模擬真實(shí)場(chǎng)景，培養(yǎng)學(xué)生在保持穩(wěn)態(tài)與平衡方面的決策能力。學(xué)生可以使用生態(tài)模擬軟件，調(diào)整不同物種的數(shù)量和相互關(guān)系，觀察其穩(wěn)態(tài)變化，并討論如何通過調(diào)節(jié)因素來維持平衡。在細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)方面，學(xué)生可以扮演細(xì)胞內(nèi)環(huán)境調(diào)節(jié)者的角色，模擬不同條件下細(xì)胞內(nèi)外環(huán)境的變化，制定相應(yīng)的調(diào)節(jié)策略[5]。

結(jié)束語(yǔ)

穩(wěn)態(tài)與平衡觀作為培養(yǎng)高中生物學(xué)模型思維的策略，在實(shí)踐中展現(xiàn)出良好的效果。通過培養(yǎng)學(xué)生觀察、分析、解釋和預(yù)測(cè)能力，學(xué)生能夠更好地理解生命系統(tǒng)的運(yùn)作機(jī)制。然而，培養(yǎng)高中生生物學(xué)模型思維需要多方面的支持，包括教師培訓(xùn)、教材改革等。我們需要進(jìn)一步深化穩(wěn)態(tài)與平衡觀的應(yīng)用，探索更多有效的培養(yǎng)策略，為高中生物學(xué)教育的改革和發(fā)展提供有力支持。

參考文獻(xiàn)

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本文系贛州市級(jí)課題“高中生物教學(xué)中發(fā)展學(xué)生模型思維解決問題的實(shí)踐研究”（課題編號(hào)：GZSW2022-7）的研究成果。