高中生物教学中支架与建模教学法的融合应用

吴玉章

摘   要 将支架式教学法融入高中生物建模教学过程，可以降低学生进行建模学习的难度，促进深入理解建模内容与建模思维，建构内化的知识体系，最终提升学生科学思维、科学探究能力和解决问题的能力。

关键词 支架式教学法  建模教学  高中生物  课堂

2017版新课标提出：“应用模型与建模等方法来探究、阐释生物现象及其规律，审视或认证生物学社会议题。”[1]高中生物课程微观且抽象内容较多，对学生逻辑思维力、想象力和获取信息能力要求较高，师生进行建模教学与学习存在一定难度。支架式教学是以学生为中心，通过充分开发情境、协作、会话等学习环境要素，促进学生主动学习、积极学习，最终使学生对当前知识进行有效建构的一种教学方法[2]。笔者将支架教学融入高中生物建模教学过程，以期有效培养学生的科学思维与科学探究能力，最终达成提升生物学科核心素养的目的。

一、以情境为支架促进构建概念模型

课堂是教师、教材、学生三方之间思维相互碰撞的场所[3]。想要更好地达成以教师为主导、学生为主体、教材为载体的生动活泼高效学习课堂，最大限度地调动学生思维学习的积极性是课堂教学的首要任务。应用一个个完整的小情境作为学习的支架，可以激发学生学习的兴趣和热情，在教师搭建的支架上点燃思维的火花，当学生思维沿着支架攀援到顶端，教师再撤掉支架时，学生就能顺利自我构建知识模型。例如在种群的特征教学中，为了构建种群各特征之间相互关系的概念模型，设置情境支架如下：1.卧龙自然保护区生活着我国的珍稀濒危物种——大熊猫，假如你决定去该地观赏它们，最让你关心的问题是什么？答：数量（变化）。影响它们数量变化的特征有哪些呢？顺势指导学生学习种群密度、出生率和死亡率、迁入率和迁出率、年龄组成和性别比例等内容。2.大熊猫最爱吃的食物是竹子，竹子的数量与大熊猫的数量密切相关，若要调查、统计当地大箭竹的种群数量，该怎样简便又快捷地获得统计数据呢？在该情境中指导学生学习种群密度的调查方法——样方法。3.保护区内的中华竹鼠以竹笋和竹鞭为食，破坏竹子的生长，从而影响大熊猫的生存，能否继续采用样方法来估算中华竹鼠的种群密度呢？若不能又该怎样做？引入并学习标志重捕法。4.想一想，对于同一个种群而言，种群的各个特征之间有没有内在联系？学生最终沿着情境的支架逐步推进，有效地构建出种群特征之间相互关系的概念模型（图1）。

设置情境作为支架时，要注意联系问题的核心，不可夸张和节外生枝，要精炼而讲实效，要善于和教参给予的概念图（图2）相比较、分析，进一步巩固模型。

二、以问题为支架促进构建数学模型

围绕高中生物学某个知识，教师设置精准的提问，并将不同层次、不同角度的提问，按难度由低到高、由表及里，编织成符合学生认知规律的问题串，即为学生搭建了方向明确、便于思考的支架，学生沿着这样的支架逐步接近问题的事实和本质，在脑海中就会顺理成章地形成各种知识模型。例如基因选择性表达数学模型的构建，设问如下：1.追根溯源，同一体内的红细胞和心肌细胞是否由同一个细胞增殖分化形成？（由受精卵增殖分化形成，搞清体细胞来源）2.红细胞和心肌细胞含有的遗传物质DNA是否相同？（相同，强化有丝分裂与细胞分化过程细胞DNA不变的观念） 3.红细胞是否含血红蛋白基因和肌动蛋白基因？（有）心肌细胞是否含有血红蛋白基因和肌动蛋白基因？（有） 4.为什么红细胞能合成血红蛋白而不能合成肌动蛋白？为什么心肌细胞能合成肌动蛋白而不能合成血红蛋白？（表达基因不同） 5.造成红细胞和心肌细胞在形态、结构、功能上的差异的直接原因是什么？（合成的蛋白不同） 6.红细胞和心肌细胞在形态、结构和功能上差异的根本原因又是什么？（发挥作用的基因不同） 7.完成表格填空，在你认为对的空里打钩（表1）。

有了上述問题作铺垫，结合学生思考的结果，便于师生共同形成：细胞分化的根本原因是基因的选择性表达的结果[4]。最后，教师再适时提出以细胞类型为横坐标，基因类型和基因表达与否为纵坐标的基因选择性表达数学模型。

三、以材料为支架促进构建物理模型

大多数当代中学生脱离了农村生活和大自然，缺少很多基本生活常识和经验。因此在布置构建模型的任务时，要提供和展示一些可能作为模型原料的物体或材料，对一些学生接触较少的材料进行必要的介绍，然后由学生自主选择材料进行模型构建。例如利用废旧的物品制作生物膜模型可提供的材料有：球形药丸蜡纸盒、普通塑料药瓶、干大枣、铁钉、铁丝、废旧电线、泡沫塑料等。提示：普通塑料药瓶、干大枣和球形蜡纸盒都可做磷脂分子头部，铁丝和废旧电线可做磷脂分子尾部，泡沫塑料壳可做蛋白分子。其中教师可以利用上述材料自主构建一个相关的物理模型，也可以参与某一组和学生共同构建模型。构建模型应当限定时限。学生的模型构建好以后，要进行模型展示，而后互相评价和交流。教师要对学生构建的模型进行分析、评价并设置新的情境和练习题检验模型是否得当，帮助学生在构建模型的基础上解释模型、运用模型，提高他们解决实际问题的能力。

四、以建议为支架用于不同内容的建模

在涉及到建模教学的课堂中，以建议为支架，搭起学生通向知识目标的桥梁，能较好地达成建模的目标。例如，通过探究温度对酶活性的影响，来构建温度对酶活性影响坐标曲线时，在对实验材料用具的选择上建议学生用淀粉酶探究温度对酶活性的影响，对实验结果的鉴定上建议学生用碘液遇淀粉变蓝的原理来鉴定淀粉酶活性，并与学生探讨为什么不能用菲林试剂来检验淀粉酶活性。在温度梯度的设置上建议学生预实验，并在限定范围设置温度差更小的实验组。通过建议，学生减少了实验的盲目性，缩短了无效的实验时间，使构建的坐标曲线更科学、精准、精美。

五、以案例为支架促进有关内容建模

案例分析对于学生有引领、示范和举一反三的作用。在构建人体细胞与外界环境的物质交换模型时，教师以细胞有氧呼吸需要的氧气和葡萄糖为例，推导氧气和葡萄糖由外界通过呼吸系统、消化系统进入血液循环系统，再由内环境进入组织细胞的过程。学生很容易就联想到CO2的排放与O2的摄入正好相反。在构建种群数量变化的数学模型时以细菌的繁殖为例，讲解种群增长S型曲线时以生态学家高斯培养草履虫实验数据为例，构建负反馈调节模型时以食虫鸟和害虫捕食关系为例[5]，构建能量金字塔和能量传递效率的计算公式都以某一条食物链及其各营养级同化的能量数值为例。可见，在教师进行案例分析的框架中，学生对于建模与模型的认知更加深有体会。

综上所述，将支架式教学融入建模教学与学习过程中，能有效降低学习难度，促进学生学习热情与探究欲望，有效帮助教学目标达成。使学生对建模、析模、用模上有更深刻的体会和认识，有效提高学生发现问题、分析问题和解决问题的能力，这也是提高中学生生物核心素养的重要途径。

参考文献

[1] 中华人民共和国教育部.普通高中生物课程标准（修订稿）[S].北京：人民教育出版社，2017.

[2] 廖美芳，崔鸿.支架式教学方法在生物学探究性实验教学中的有效运用[J].生物学教学，2009，34（08）.

[3] 王新梅.生物学课堂教学的设计[J].生物学教学，2009，34（08）.

[4] 朱正威，赵占良.高中生物必修1·分子与细胞[M].北京：人民教育出版社，2007.

[5] 朱正威，赵占良.高中生物必修3·生态与环境[M].北京：人民教育出版社，2007.

【责任编辑  郑雪凌】