基于深度学习的生物模型建构学习策略

金爽

新一轮课程改革以提高学生核心素养为目标，它是落实立德树人根本任务的重要载体。模型方法是生物学常用的科学研究方法之一。实施“生物模型建构学习策略”，可以改变学生的学习方式，引领学生深度学习，提升学生生物核心素养。

一、生物模型建构学习策略

“生物模型建构学习策略”是指学生在生物学习过程中，利用模型方法建立生物模型，在主动亲历体验模型建构的过程中，借助模型的特点加深对原型特点的认识和理解，体验建立模型的思维过程和建立模型的科学方法，运用生物模型解决生物学问题的一种学习策略。

“生物模型建构学习策略”强调学生以小组合作探究的形式进行深度学习。深度学习是一种积极主动、高投入、理解记忆、涉及高阶思维并且学习结果迁移性强的学习状态和学习过程，是学生实现有意义学习的一种方式。

基于深度学习的“生物模型建构学习策略”以模型构建的学习过程为载体，使学生经历的是知识的发现过程，进行的是深度学习，即把知识的学习与经验的拓展、思维的发展、情感价值的构建、运用知识解决问题的能力等方面整合起来，培养学生高级思维能力。通过这样的学习，学生在学习态度上，表现为充满兴趣、具有很高的学习积极性，在建模过程中感觉到快乐和成就感;在学习方式上，表现为变被动接受为主动探究;在学习方法上，表现为合作学习、积极思考、体验感悟、交流评价;在学习结果上，表现为提升了知识迁移、联系实际，利用模型解决具体问题的能力和创造等高阶思维能力。

二、“生物模型建构学习策略”的实施途径

（一）围绕大概念实施“生物模型建构学习策略”

高中生物内容抽象，概念多、难度大，围绕大概念充分挖掘模型资源，构建不同主题的模型系列，使模型建构主题化、系统化、整体化。通过构建模型的过程，使学生“在做中学，在学中做”，阅读、观察、思考、操作、交流，进行深度学习，深刻理解核心概念以及概念之间的内在联系，形成知识网络，培养学生的生命观念。

例如： “蛋白质”一节，是高中生物第一個难点，高一学生缺少一定的有机化学知识，给教学带来更大的难度。引导学生构建蛋白质这一主题的系列模型。在STEM理念的引领下，创造性地跨学科，利用化学学科常用的球棍模型构建氨基酸的结构模型、脱水缩合的过程模型（如图1），更加科学准确。用不同颜色的穿孔塑料珠和几根细铁丝，构建蛋白质结构多样性的物理模型。突破重难点，理解核心概念，形成生命观念。

类似的主题式模型还有“细胞结构模型”系列、“细胞分裂模型”系列、“中心法则模型”系列、“动物和人体生命活动的调节模型”系列等。

（二）结合科学史实施“生物模型建构学习策略”

在“DNA分子的结构”一节的教学中，把教材中的科学史与学生构建模型两部分内容进行整合，优化课程资源，将沃森、克里克建立DNA双螺旋结构模型的研究过程转化为学生边分析资料边构建模型的探究过程，把知识的传授过程优化成一个科学的探究过程。

教师以问题串引领学生分析科学史资料，主动参与探究过程，在构建模型过程中发现问题，共同讨论、及时纠正，在合作交流中解决问题。对模型进行评价、修正、完善。这样不仅获得了知识，更重要的是体验着类似科学家科学发现过程中的各种情感，有利于学生养成科学态度和科学精神，培养了学生的社会责任。

构建的DNA分子结构模型还可以在后续的DNA复制、转录的学习中继续利用来构建新的模型。

（三）立足知识整合实施“生物模型建构学习策略”

高中生物内容繁多，细小琐碎，必须进行有效的梳理，整体把握知识，掌握知识之间的内在联系，形成知识网络。引入“思维导图” “概念图”等不同建模方式构建概念模型，让学生成为学习的主体，亲身体验探索、思考、研究和反思、提高的过程，从而学会学习，提高概括能力，掌握终身学习所需的方法。

例如：在复习选修教材生物工程技术时，笔者设计了“生物工程培育哺乳动物”复习专题，在该专题中引导学生建构转基因动物、克隆动物、试管动物和转基因克隆动物等过程的模型，使学生在建构模型的过程中整合知识形成网络，深入理解和掌握各种现代技术的相关重点知识，并主动建构知识网络，收到了良好的效果。

（四）针对变式思维实施“生物模型建构学习策略”

对一些核心概念、生命现象或生命规律的描述或表示，可以构建几种不同种类的模型。例如：分泌蛋白的合成与分泌过程，可以分别用物理模型、数学模型和概念模型来描述。

又如：细胞分裂过程中染色体和核DNA的数量变化，可以用坐标曲线表示，也可以用柱状图表示，二者属于数学模型范畴内的不同表示形式。还可以将分裂过程的细胞图像这种物理模型与数学模型相互转换，进一步加深学生对核心概念的理解和运用，形成生命观念，培养多角度思维和探究能力。

（五）基于实践创新实施“生物模型建构学习策略”

学生在建构模型的动手过程中，自然会发现许多在设计时没有想到的问题，也随时都可能涌现出许多新的想法。此时，教师适时地鼓励学生大胆尝试创新，跨学科地综合运用知识解决实际问题，培养学生的科学思维和科学探究能力。

1.建模材料的创新。

在细胞分裂过程模型构建的尝试中，学生曾选用橡皮泥、白纸片来做染色体的模拟材料，取得了较好的效果，但是也发现两种模拟材料均存在一些不足，因此教学中，我们鼓励学生探索新的模拟材料大胆尝试，最后经比较，评选出最优构建材料——毛根，这是一种操作简单、造型多变的幼儿手工材料，它颜色鲜艳、可塑性强，能重复使用。选用毛根模拟染色体时，可以通过两个相等大小的毛根扭动缠绕，很轻易就可以演示一条染色体经过复制变为含两条姐妹染色单体的状态，又很容易演示染色单体分离行为，还可以重复使用，体现了方便易得、可操作性强和节约的选材原则。另外，学生还创新采用在毛根某一处粘贴纸的办法，来标记基因，体验细胞分裂过程中基因与染色体行为变化的关系，从而更深入理解遗传的基因分离定律与自由组合定律的实质。对经典模型再利用，延伸了建模活动（如图2）。

2.建模方式的创新。

在构建“裸岩上的演替过程”的模型时，学生用图片表示裸岩、土壤和各种植物，虽然直观形象，但需要准备大量的图片，且修正起来十分麻烦，效率低。这些困难成为了学生探究新的建模方式的动力，创造性地尝试利用电子白板的交互功能，构建过程模型，大大减少了模型构建的前期准备时间和成本，又能体现建模的动态过程，而且速度快，便于修正，提高了模型构建的效率，使模型构建这种学习方法更加实用有效。

三、“生物模型构建学习策略”的成果评价

在每个模型系列构建结束后，进行交流评价，结合我校“融情教育”的办学特色，开展“融情杯”生物模型制作比赛，参赛作品要求有简要的模型制作说明及创新点，锻炼学生的科学表达能力，使生生之间、师生之间在交流中实现思维的碰撞，取长补短，教学相长。对获奖作品进行展览，对获奖学生颁发奖杯，并指导学生编辑获奖作品成果集。

“纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行。”实施“生物模型建构学习策略”引领学生在建模过程中深度学习，内化知识、提升能力、感悟精神，使生物核心素养落地生根。

（责任编辑 徐德明）