指向科學(xué)思維的生物學(xué)模型建構(gòu)教學(xué)一、概念模型的建構(gòu)能夠?qū)⑾到y(tǒng)知識聯(lián)系交叉亮點突出概念模型指以文字表述來抽象概括出事物本質(zhì)特征的模型。模型的建構(gòu)方式有很多種，但是單單從高中生物所涉及的概念模型來講，它和知識概念樹型流程圖有些相似，學(xué)生通過對于所學(xué)知識核心內(nèi)容進行一定的分類描述，在初步分類的基礎(chǔ)上再分類，這樣一直不斷的分類，直到將所學(xué)內(nèi)容變得明確完整，這些分類所形成的體系就是一個知識的系統(tǒng)了[2]。而學(xué)生們只要熟識這樣的一套知識體系，就能明確相關(guān)知識的全貌了。例如，人教版高中生物《必修2·遺傳與進化》的“染色體變異”一節(jié)教學(xué)涉及的概念有：染色體結(jié)構(gòu)變異、染色體數(shù)目變異、染色體組、二倍體、單倍體、多倍體、單倍體育種、多倍體育種等，如此多的概念在一節(jié)課中密集地出現(xiàn)，如果處理不當(dāng)，會導(dǎo)致課堂教學(xué)結(jié)構(gòu)零亂、教學(xué)環(huán)節(jié)過渡生硬、板書設(shè)計不合理、教學(xué)重點不突出、學(xué)生對概念內(nèi)涵的理解膚淺、解題錯誤率高等問題，影響教學(xué)目標(biāo)的達成。教師可以染色體為核心概念，引導(dǎo)學(xué)生畫出樹型分類圖；以染色體組為核心概念，通過顯微鏡觀察減數(shù)分裂過程的變化引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)根據(jù)染色體的大小的形態(tài)差異，可以對染色體進行分組和編號，從而進行識別和研究；以受精卵中有兩個染色體組的個體引出二倍體的概念再以雄蜂、香蕉、小麥為例讓學(xué)生模仿二倍體的定義，嘗試對單倍體和多倍體下定義；或以植物中常見多倍體引導(dǎo)學(xué)生思考原因，從而建構(gòu)概念模型。學(xué)生通過構(gòu)建概念圖及核心概念知識網(wǎng)，能理解客觀事物共同特點與本質(zhì)屬性。所有的知識內(nèi)容都圍繞核心內(nèi)容交叉輻射拓展延伸，那么無論之后碰到有關(guān)染色體的任何概念，學(xué)生都可以找準(zhǔn)知識點詳細準(zhǔn)確地解釋，概念模型的建構(gòu)是學(xué)生形成科學(xué)思維的基礎(chǔ)。二、物理模型的建構(gòu)能夠?qū)⑾到y(tǒng)知識表述呈現(xiàn)形象直觀物理模型是指以實物或圖片形式直觀表達認(rèn)識對象的特征。在學(xué)習(xí)高中生物學(xué)這門學(xué)科時，常常有很多學(xué)生感到困惑，生物學(xué)要學(xué)什么呀？雖然老師說過，生物學(xué)就是對生命從微觀到宏觀進行的研究，研究生命存在的條件、生命的過程、繁殖的方法和規(guī)律、死亡的調(diào)控、死亡的條件、生命中物質(zhì)能量的轉(zhuǎn)化等過程，但是高中生物學(xué)所呈現(xiàn)出來的知識和初中生物學(xué)有著很大的不同。在初中階段，老師給大家看到的生物都是活生生的，學(xué)生可以通過一系列的觀察實驗很容易就了解到它們從出生到死亡的全過程。而在高中階段就不同了，無論是細胞還是DNA，學(xué)生們都無法用肉眼直觀感受到，只能通過課本上的圖表概念進行生命過程的學(xué)習(xí)，這樣的學(xué)習(xí)方式會讓學(xué)生產(chǎn)生困惑乏味，因此物理模型的建構(gòu)是必然的，它能夠?qū)⑾到y(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和功能動態(tài)聯(lián)系起來進行生動地學(xué)習(xí)。例如，人教版高中生物《必修1·分子與細胞》的“細胞結(jié)構(gòu)”教學(xué)中，學(xué)生在構(gòu)建不同類型細胞的物理模型的時候，很容易發(fā)現(xiàn)原來細胞這個生命體和普通的生物差不多，它有生存的條件、有生存的方式、有它繁殖的方式，也有相應(yīng)的死亡的方式，縱觀一個細胞的生存狀態(tài)，它不是一個孤零零的狀態(tài)，是生物體結(jié)構(gòu)的基本單位，也是能獨立生存的最小生命，無法用肉眼觀察到的。此時教師就可以把看不到的細胞轉(zhuǎn)化為可以看到的模型，如制作展示分子在不同濃度的溶液中跨細胞膜移動的模型觀察以解釋水分子的跨膜運動；制作細胞分裂過程的物理模型，用于觀察細胞核內(nèi)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)和細胞分裂時核內(nèi)染色體形態(tài)變化；制作不同動植物高度分化的細胞，用于觀察細胞質(zhì)中各種細胞器形態(tài)結(jié)構(gòu)，這些物理模型都可以給學(xué)生以更感性直觀的視覺呈現(xiàn)，仿佛活生生的細胞就在眼前展現(xiàn)它的生命過程之美，引導(dǎo)學(xué)生去發(fā)現(xiàn)生命的內(nèi)部結(jié)構(gòu)規(guī)律，培養(yǎng)物質(zhì)能量、結(jié)構(gòu)功能、進化適應(yīng)等生命觀念。當(dāng)對細胞的生命過程有了最直觀本質(zhì)的了解時，學(xué)生會發(fā)現(xiàn)其實高中生物學(xué)科根本不像想象中那么枯燥難學(xué)，高中生物學(xué)不過是拓寬了學(xué)習(xí)的領(lǐng)域，其內(nèi)涵和本質(zhì)都是一樣的，在學(xué)習(xí)時學(xué)生需要化抽象為形象，化微觀為直觀，化繁為簡，多思考生命內(nèi)部活動的規(guī)律。物理模型的建構(gòu)有利于學(xué)生形成科學(xué)思維的方法。三、數(shù)學(xué)模型的建構(gòu)能夠?qū)⑾到y(tǒng)知識本質(zhì)特性抽提把握數(shù)學(xué)模型是用來描述一個系統(tǒng)或它的性質(zhì)的數(shù)學(xué)形式。高中生物學(xué)知識點多而雜亂，內(nèi)部關(guān)系紛繁復(fù)雜，物質(zhì)形態(tài)變化多端，要分清楚實屬不易，學(xué)生如果不通過一定的形式來描述系統(tǒng)的性質(zhì)而是按部就班地學(xué)習(xí)，效率肯定是很低的。而用數(shù)學(xué)公式、圖表的模型建構(gòu)能夠很準(zhǔn)確地把事物之間最本質(zhì)的變化和性質(zhì)呈現(xiàn)出來，既直觀又精確還具體，數(shù)學(xué)模型能夠用轉(zhuǎn)化的方式將兩個概念之間的關(guān)系理順，將事物變化的可能方向呈現(xiàn)，通過不斷地對模型進行檢驗和修正，就可以對事物的性質(zhì)進行準(zhǔn)確地表述[3]。例如，人教版高中生物《必修3·穩(wěn)態(tài)與環(huán)境》中“酵母菌種群數(shù)量的變化”的教學(xué)目標(biāo)是：完成系列探究實驗基礎(chǔ)上，統(tǒng)計數(shù)據(jù)，尋找酵母菌數(shù)量變化規(guī)律，建構(gòu)數(shù)學(xué)模型繪制變化曲線。本節(jié)課開始，教師提出的問題是：培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量怎樣隨時間變化？培養(yǎng)條件是變量，只有控制好這個變量才能進行合理的假設(shè)（如加糖與否，量的多少，通氧或CO2等）教師可以鼓勵學(xué)生提出問題；在實驗探究時，引導(dǎo)學(xué)生探實驗操作技能方法（如移液槍的使用、微生物培養(yǎng)法、血細胞計數(shù)板對酵母細胞的計數(shù)，推導(dǎo)酵母細胞總數(shù)的公式、數(shù)碼顯微鏡的使用等）。學(xué)生通過親自研究一個真實的種群數(shù)量變化，數(shù)據(jù)收集、分析并整理數(shù)據(jù)，自主建構(gòu)數(shù)學(xué)模型。教師引導(dǎo)學(xué)生對所建模型進行討論與分析，從而使學(xué)生修正和完善模型，使學(xué)生完成對知識的自主構(gòu)建和深化，并根據(jù)構(gòu)建的模型解決生活實際問題。數(shù)學(xué)形式能將種群數(shù)量的變化規(guī)律和本質(zhì)抽提出來，同時還能預(yù)測和控制生命變化的現(xiàn)象和過程，數(shù)學(xué)模型的建構(gòu)有利于形成科學(xué)思維的品質(zhì)。一個成功的數(shù)學(xué)模型實際是對實驗與觀察的一種歸納，它將對理論的發(fā)展起到路標(biāo)和檢驗的作用[4]。馬克思曾說，一門科學(xué)只有成功地運用數(shù)學(xué)時，才算達到了完善的地步，生命科學(xué)一旦找到了反映它的數(shù)學(xué)模型就可以進入系統(tǒng)的嚴(yán)密研究階段了?？傊?，模型建構(gòu)的方法是人們認(rèn)識世界的一種重要的方法，也是理論思維發(fā)展過程中的重要的方式。在進行一些具體的教學(xué)