邰玉韦

【摘 要】核心素养是综合的、隐性的。开展不同的主题教学、发展学科关键能力是落实核心素养的有效途径，生物学模型建构能力属于生物学学科核心素养之“科学思维”中关键能力的一部分。其教学策略包括聚焦问题情境，启发建模意识;重视科学引导，搭建建模脚手架;渗透建模思想，经历建模实践;回归实际生活，实现能力进阶。

【关键词】初中生物学 核心素养 学科关键能力 模型建构能力 深度教学

江苏省常州市北郊初级中学生物教师，江苏省中学特级教师，中学正高级教师。常州市教科院生物兼职教研员，常州市教育学会中学生物学教学专业委员会副理事长，江苏省义务教育质量监测专家组核心成员，江苏省重大改革实验研究项目指导专家。先后获评江苏省优秀教育工作者、江苏省教科研先进个人、常州市教育领军人才、常州市首届“龙城十佳教师”等。在《生物学教学》《中学生物教学》《教学与管理》等期刊发表论文60余篇，出版个人专著《初中生物学科关键能力教学实践》，参编论著《课型范式与实施策略·中学生物学》《义务教育学科核心素养·关键能力测评与教学（初中生物学）》《信息技术与初中生物学教学的融合与创新》等。提出“基于生物学科关键能力的深度教学”主张，其相关成果先后获“2017年江苏省教学成果奖（基础教育类）”二等奖、2020年江苏省“教育科学优秀成果奖”二等奖。

《普通高中生物学课程标准（2017年版）》明确提出：“生物学学科核心素养是学生在生物学课程学习过程中逐渐发展起来的，在解决真实情境中的实际问题时所表现出来的价值观念、必备品格与关键能力，是学生知识、能力、情感态度与价值观的综合体现。”[1]倡导把学生的“未来生活世界”与“现实生活世界”统一起来，用生活化的内容充实课堂教学。塑造生物特色的课堂，需要以系统的、结构化的生物学科内容为基础，强调学科思想，以探究实践等方法引导学生学习生产生活实践中有用的知识，在此基础上理解核心素养的整体性、综合性、进阶性、实践性等建构导向。而核心素养是隐性的，只能在解决真实情境的实际问题中表现出来，并在活动中逐步生成，因此，突出学科关键能力的培养至关重要。生物学学科关键能力主要包括比较与分析能力、归纳与演绎能力、实验探究能力、模型建构能力、创新思维能力等，开展不同的主题教学、发展学科关键能力是落实核心素养的有效途径。

生物学模型建构能力属于生物学学科核心素养之“科学思维”中关键能力的一部分，是运用科学的思维方法认识事物、解决实际问题的思维习惯和能力，是学生终身发展所必备的关键能力。在“基于生物学科关键能力的深度教学”这一教学主张的引导下，笔者从2016年开始研究生物学学科关键能力视角下的初中生物学建模教学，探索生物学建模教学的方法与策略，积极寻找生物学模型建构能力的内涵和水平表现标准，通过课程主题活动开发生物学模型建构能力培养与评价的工具。

一、建模思想在生物学教学中的内涵价值

模型是理论与实践的桥梁，是实践探究的重要成果之一。“模型”指具有原型相似特征的替代物，是系統或过程的简化、抽象和类比表示。借助模型可以对事物进行描述、解释与预测，利于交流和加深对事物的理解。微观、宏观不能直接做实验或不利于直接观察的结构、思维显性化的概念等，常常用模型代替，包括一些模拟实验。生物学教学中的模型类型主要包括数学模型、概念模型和物理模型。因此，生物学建模教学主要指对学生数学模型建构能力、概念模型建构能力和物理模型建构能力的培养与评价。

生物学建模是一种高度抽象的思维，建模主要指产生科学模型和培养模型建构能力的过程[2]。建立生物学模型的动态过程，包括对实际问题的提炼、归纳、简化、建构、检验、解释、应用和拓展等。学生的建模过程，需要有解决问题的意识，需要进行探究、论证、推理和解释应用等，这既能培养学生的学习方法和能力，又能帮助学生将所学概念进行结构化、系统化和意义化，是一种科学思维方式。在建模的过程中，可以基于相应生物学科思想渗透，如分析、比较、判断、想象和类比推理等，使学生掌握建模方法，从而激发学习兴趣，帮助学生解决生活实际问题，培养生物学科关键能力，发展学生科学思维。

二、学生生物学模型建构能力的培养策略

1.聚焦问题情境，启发建模意识

生物学概念的形成是一个主动的建构过程。课堂教学中，问题是学生思维的起点。教师需要整合课程内容，开发更接近建模的原始情境材料，从发现问题和解决问题开始。如苏教版生物学七年级上册“细胞的分裂与分化”这节课，可以创设真实的“从种子到植株的生长过程”情境，并提出本节课统领性的整体问题“生物体的生长与细胞的哪些生理活动有关”。基于学生的认知规律，遵循问题解决的“总—分—总”规律，再将整体问题分解为“细胞生长”“细胞分裂”和“细胞分化”的局部问题，当局部问题解决后，需要再回到整体问题上来，最后通过概念模型梳理三者之间的逻辑关系和因果关系：生物体由小长大的原因与细胞生长、细胞分裂和细胞分化都有关系，细胞生长的结果使细胞的体积增大;细胞分裂的结果使细胞的数目增加;细胞分化的结果使细胞的种类增加。在问题的呈现和解决的过程中，学生的建模意识已经逐步形成，即形成了一种整体系统化研究事物的思维方法和模型结构。

2.重视科学引导，创设建模的脚手架

生物学建模是一种抽象思维，对于初中生来说，掌握起来存在一定的难度。因此，学生建模能力的培养需要由易到难、循序渐进、逐步深入，需要教师进行方法上的引导，如示范模型制作的类型，或在任务单上提供基础的构建框架，让学生自主发现，再主动进行建模。如苏教版生物学七年级上册“植物光合作用和呼吸作用原理的应用”这节课，教师建模教学如下：①小组讨论交流。学生每4人一组，结合教材和阅读材料，讨论提高草莓等农作物产量的原理和具体措施，并将讨论结果填写在表格中，在全班范围内进行交流。②分析生活、生产情境资料。教师提供相关的情境材料包括曲线图、简单的生产生活情境和生产问题等，学生通过自主学习，初步解决生活或农业生产中的实际问题并进行表达。③在此基础上，学生再次结合光合作用与呼吸作用原理，设计绘制农民科学种田的现代化场景图，或用超轻黏土、透明大塑料盒等材料搭建一个现代温室大棚的模型并展示，这种自主创作的物理模型已经具有一定的STEM工程设计和探究理念，增加了活动的趣味性。又如，日常生活用品中，各种工艺纸盒、饮料吸管、废弃的电话线、一次性餐具、便利贴等，都可以模拟建构如血液循环、神经元结构等物理模型。

3.渗透建模思想，经历建模实践

生物学学科具有独特的学习方法和思想，如生物体的结构与功能是相适应的;生物体具有多样性和统一性;生物体具有遗传性;生物通过自然选择可以进化;生物的特征属性之间具有类比推理性等。学生参与建模的过程是生物学思想、方法、经验、能力积累的过程，如苏教版八年级下册第二十二章第二节“人的性状和遗传”内容，涉及“显性基因”“隐性基因”“显性性状”“隐性性状”等概念，比较抽象，学生对理解基因是如何控制生物性状的这一遗传规律感觉困难，可以借助类比推理开展模拟活动。

活动一：模拟遗传过程，完成遗传图谱。每组准备2个分别标记“父”“母”的小桶，在每个桶中放入标有字母D或d的小球各10个;每次分别从两个桶内随机抓取一个小球，记下两个小球的字母组合，引导学生利用桶内的小球创设不同的基因组合。再将抓取的小球放回桶中，摇匀，重复试验，并完成一对基因的遗传图谱。

活动二：借用颜色直观变化类比基因对性状的控制。在“D”小球中放入黑色颜料，在“d”小球中放入乳白色的护手霜，分别表示小球中携带的使毛发呈现黑色和白色的物质。完成遗传图谱分析后，学生打开“D”“d”小球，用牙签挑起部分染料在载玻片上均匀混合，观察最终形成的颜色，并提出问题“为什么在D与d的基因组合中得到的结果是黑色”，这促使学生思考当显性基因和隐性基因同时存在时，隐性基因所表现的性状会被掩盖，从而表现出显性性状。只有两个隐性基因进行组合时，才表现出隐性性状。小球模拟类比实验直观生动地解释了基因对性状的控制，加深了学生对概念的理解，可以有效突破难点。

4.回归实际生活，实现能力进阶

学生能够学会解释、应用模型解决问题才是建模教学的真正目的。学生的建模水平从低层次到高层次主要表现在3个方面：①能初步用文字或图示的方式表达生物学概念;②能正确解读模型内涵，准确提取关键信息，实现图文转换;③能在新的问题情境中，选用恰当的方式构建模型，并运用模型解决问题[3]。模型的描述属于建模的低阶能力，而模型的应用或拓展属于高阶建模能力。因此，为帮助学生实现建模能力的进阶，就需要让学生回到实际生活场景中，在新情境中应用和迁移这些复杂关系的概念知识。如学生在课堂上建立了“生物的进化”理论模型后，就应该在面对大自然界中相似物种进化现象的时候，能够清晰地解释其进化的发生、发展、过程和原因，真正做到学以致用。

参考文献

[1] 中华人民共和国教育部.普通高中生物学课程标准（2017年

版）[S].北京：人民教育出版社，2018：5.

[2] 史凡，王磊.論国际化学教育研究热点：模型与建模[J].全球教育展望，2019，48（5）：105-116.

[3] 吴举宏.基于核心素养的初中生物学测试框架建构——以江苏省义务教育学业质量监测为例[J].生物学教学，2019，44（7）：49-53.

责任编辑：孙昕

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