高中生物学建模教学中学生科学思维的培养

高中生物学建模教学中学生科学思维的培养

王晓玲

山西省大同市天镇县第一中学校038200

摘要：本文以提高学生科学思维能力为出发点，在对有关理论进行阐述的基础上，探讨了在高中生物模型教学中如何培养学生的科学思维能力的途径，并对如何在高中生物模型教学中培养学生的科学思维能力提出了自己的看法。

关键词：高中生物学；建模教学；科学思维

引言

《普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）》（《课程标准》）的颁布，使我国高中学生物学的重点逐渐转移到了培养学生的核心素养上，而培养学生的科学性和逻辑性是其中的一个重要内容。在高中学生物学模型的教学中，数学模型的教学不仅可以提高数学模型的教学效果，还可以更好地培养学生的科学思维能力。

1.科学思维与建模教学

建模教学是指教师在教学过程中指导学生通过构建模型进行学习。在教学过程中，教师要根据特定的教学目的，在一定的假设条件下借助具体的实物或其他形象化的手段，或者思维模式等抽象的形式指导学生自主学习探究，以达到认识某种生物学的本质特征的目的，从而实现教学目标，也就是在教学过程中通过各种模型的建立过程，让学生掌握事实、概念之间的关系，从而达到理解事实或概念本质的目标。建模教学要求学生对学习内容进行简单的概括性描述，或者借助具体的实物或其他形象化的手段展示，又或是通过抽象的形式来表达。学生要想达成这一目标，需要对所学内容进行分析综合、比较分类、抽象概括、科学推理、解释说明和批判创造等，此过程就是科学思维的过程。由此可见，建模教学可有效发展学生的科学思维。

2.高中生物学建模教学中学生科学思维培养的路径

2.1.通过明确建模目的促进学生科学思维的培养

针对教学内容，教师希望学生通过模型的构建达到什么样的效果，这就是建模的目的。例如，能使微小的、抽象的事物变得直观具体，或者是预测在一定条件下事物发展变化的规律，抑或是将复杂多变的生理过程进行简化，使其便于理解。明确建模目的要求对教学内容有充分准确而全面的认识，故在教学中，教师应引导学生在具体情境中根据掌握的资料和信息弄清需要通过建模解决的问题及问题的具体方面。在明确建模目的的过程中，学生要思考建模的目的，明确建构的方向。而只有经过思考比较分析才能确定建构方向，此过程可有效提高学生科学思维能力。

2.2.通过选择模型表征促进学生科学思维的培养

模型的表征是指利用模型表现和记载信息或知识的方式，通俗地说就是利用何种形式来表现知识的特征。教学中模型的表现和记载方式包括物理模型、概念模型和数学模型等，也可以进行更细的划分，如物理模型分为尺度模型、类比模型和系统模型等。正确选择模型表征需要了解各种模型的特点及作用。如物理模型以实物或图画的形式模拟原型的特征和功能，可直接表征原型，其优点是可以形象直观地表征事物；概念模型基于对大量生物学事实的分析，通过分类和整合，阐明不同层级概念的内涵和外延，常用集合、思维导图、流程图或概念图等形式表现，其优点在于可把抽象的知识点、理论或概念之间的关系简明扼要地体现出来，让学生将零散的知识整合成一定的体系；数学模型基于实验数据，将生物学现象原型以表格、曲线、公式等数学形式呈现，其优点是利用数学形式体现事物发展变化的过程，有利于学生抽象思维的培养。

学生在学习中如何选择模型表征是非常重要的过程，教师要引导学生根据问题所需，提取事物本质，然后对问题进行模式化处理，从而建立模型。选择模型表征的过程中，学生要运用比较分类、抽象概括和推理等方法才能完成该项工作，这样可以促进学生科学思维的发展。例如，在学习“细胞呼吸与光合作用”之后，教师要求学生建立细胞呼吸与光合作用比较模型。对此，学生首先考虑的是选择哪种模型能更好地体现两者的异同，以及应该如何选择。此时，教师可以指导学生从以下三点进行考虑：一是分析两个知识点具体学习了哪些内容？可以用哪些模型进行比较；二是对比分析几种模型，选择与本质特征相符的模型；三是确定模型的表征。

2.3.通过构建模型过程促进学生科学思维的培养

模型的构建是指学生通过动手完成所选模型的表征，使其现实化。在这一过程中，学生要根据脑海中建立的模型和采用的依据，独立或通过小组合作完成构建。这一过程类似把建筑图纸变成真实的建筑。因此这一过程需要小组合作成员之间相互沟通，对彼此的关键信息进行提取和分析，以充分理解对方的意图，共同完成模型的构建。例如，在教学“细胞膜的结构和功能”这一节时，教师可通过构建模型的过程让学生在不断思考、动手中获取知识。在探究磷脂分子的排布规律时，教师可为学生提供以下资料：“美国科学家朗姆瓦指出磷脂分子的特性是其‘头部’亲水，脂肪酸‘尾部’疏水。如果把磷脂分子平铺在空气-水界面上，它是如何排列的？”对此，教师先在黑板画出磷脂分子的简图和空气-水界面示意图，要求学生小组讨论，并在纸上画出磷脂分子平铺在空气-水界面上排列的模式图。接着教师展示荷兰科学家戈特和格伦德尔的实验及其结论，并提出问题：“细胞膜中的磷脂分子是连续排列的，两细胞内外都是水环境，那么磷脂分子如何排列成脂双层？”并让学生分组讨论，构建纯磷脂分子的细胞膜模型。之后教师再次展示科学家利用冰冻蚀刻技术在电镜下观察到的细胞膜立体图，解释蛋白质在膜上的分布状况，同时要求学生重建细胞膜的结构。分析学生通过建模获取知识的过程可知，以教材的史料为抓手，引导学生对细胞膜的结构进行不断探究，可锻炼和发展学生的科学思维。

3.结束语

综上所述，教师运用模型教学，不仅能够促进学生的科学思维，提升课堂教学的效率，而且还能够在建模的过程中，对学生的解决问题能力、创新能力等其他核心素质进行培养。同时，还能给传统的教育科研带来新的思路，促进教师的专业发展。

参考文献

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[2]陈文雅.高中生物学教学中学生科学思维能力的培养策略研究[D].湖南师范大学,2020.

[3]聂红娟.高中生物学教学中学生科学思维的培养[J].课程教材教学研究(教育研究),2019,(Z6):52-54.