浅析如何借助生物模型发展中学生高阶思维升华学科素养的策略

陶敏

摘 要：文章围绕中学生物学科核心素养，将生物模型融入课堂教学，培养学生的分析能力、概括能力和逻辑思维能力，同时引导学生初步形成结构和功能相适应的观点，并由此将学生既有知识和认知提高到一个新的高度，有效发展学生的高阶思维，提高学生的科学素养，真正做到“为思维而教”。

关键词：初中生物;结构与功能;模型建构;思维

初中《科学课程标准》指出，7～9年级的学生正处于由具体形象思维向抽象思维转变的一个重要阶段。因此，在教学过程中，教师应重视学生科学思维的培养，注重引导学生思考事实依据和科学结论之间的关系，使学生逐步形成质疑、反思等科学思维习惯。

正所谓“心灵必须通过理性，运用思维，以思维为工具，才能在认知过程中获得真知”。

初中科学作为一门综合性学科，生物是研究自然界中生命运动最基本、最普遍的规律。对于复杂的问题，我们会把复杂的问题分解成若干个比较简单的问题，进行各个击破。基于这样的一个思维过程，我们可以在初中科学的教学过程中，引导学生自主建构模型。现代教育理论认为，模型是问题情境中的实体、符号或抽象表征的过程和产物。利用模型进行初中生物的教学，有助于帮助学生推理和解决问题，借助观察模型，学生能够描述一些难以直接观测到的结构、系统或现象，实现由具象的模型感知到抽象的概念认知的迁移。

血液循环是初中生物教学的难点之一，也是中考考查的重点。文章以“血液循环”专题复习为例，将模型建构引入初中科学学科的课堂，让学生自主建构血液循环模型。利用模型，学生得以解决物质在人体内运输的一系列问题，达成复习目标，同时亦能培养学生动手操作、合作探究和语言表达等能力，培养学生学科核心素养。

一、 思维导图，挖掘思维深度

浙教版的“血液循环”内容安排在九年级上册第四章第三节《体内物质的运输》。本课是对学生之前所学知识的梳理与归纳，旨在让学生认识到人体是一个多系统统一的整体。因此，本课也可以视作是学生学习生物过程中不同知识点之间的联系和延伸。经过前三节内容的学习，学生已对生物知识有了一定的积累，初步领会到了生物学科“结构与功能相適应”这一重要学科思想。基于上述学情，本节课适合引导学生开启“自上而下”的学习探究之旅。

从教材的编排来看，浙教版初三生物知识体系层次清晰：第四章《代谢与平衡》，重点讲解了呼吸系统、消化系统、血液循环系统和泌尿系统等相关系统的协同作用，而循环系统是连接其余几大系统的枢纽，它不断地将氧气、营养物质和激素等运送到全身各个组织器官，并将各个组织器官产生的二氧化碳等代谢废物运送到肾脏等排泄器官，对于保证机体各项生理活动的正常运作有非常重要的意义。因此，在开展一整章的教学内容之前，教师可以将教材的编写思路大致地告诉学生，指引学生在“探索旅途”之前先感知整章的“知识网络”，让学生带着目的进行更加明确的探究。

在笔者以往的教学过程中，学生在形成血液循环系统与其他系统是一个统一整体的认识观时非常难，大概念的缺失会使得学生在后续的复习过程中形成一些错误的认知。因此，在本章内容开篇之时，笔者便将人体部分生理活动示意图（如图1）展示给学生，并进行简单的讲解。笔者认为学生如果在一块新知识学习之前没有整体的意识，在新授课时学生会更关注知识点的学习，很难通过后期的复习将碎片化的知识点网络化，笔者非常推崇“先见森林，后见树木”的教学理念。当然，先让学生见庞大的“森林”，不是要给学生一个“下马威”，命令学生需要认真听讲才能将该部分内容学好、学精——灌输性的学习由于缺乏总括性的目标，其最终只会如同一场走马观花的旅游，而难以达成教学目标。教学需要在尊重教材的基础上，进行合理化创新，充分体现生物学科整体性的学科特点。

现代信息技术十分发达，学生的学习已不再单纯依靠教师讲授。未来的文盲不是目不识丁之人，而是指没有掌握学习方法、不会主动学习、对未来没有预见性的人。这也要求教师不断学习，不断“充电”，宏观上教育理念要超前，微观上教育教学方法要有远见，要让学生的知识体系中有“森林”，教师的教育教学方法中更要有“森林生态系统”，只有教师先将先进教学方法内化于心，才会在教学过程中外化于行。教师在进行“血液循环”专题复习之前，需要将与血液循环相关的核心概念、核心知识、核心能力、核心思想、核心方法细化于心，既给自身的教学提供重要的依据，也为学生的学习提供很好的导览图，可以用于课前的预习和课后的知识梳理。图2为“血液循环”专题复习的课后知识梳理版思维导图。教师要借助思维导图，引导学生将复杂的生物知识串成线、织成网，将一个子系统较好地整体呈现，充分体现知识点之间的从属、递进关系。

二、 模型建构，理清知识脉络

在科学课堂中，如果能让学生充满好奇心和求知欲，学生就能够在教师引导下积极思考、自主建构知识、自主发现真理，那么科学课就会逐渐成为“高学习力、高创造力、高表达力”的课堂，进而让课堂从教学走向导学，从被动接受走向主动发现、主动建构。模型的构建就是通过模型，抓住事物最主要的特征和功能，用简化的形式再现原型中各种复杂的结构和功能，起到连接理论和应用的作用，便于帮助学生认识客观世界中最本质的东西。而建构血液循环的模型，利用模型建构解决人体内物质运输这一类问题，

使学生明白渗透结构与功能相适应，人是多系统统一的整体，本堂复习课中笔者采用的建模方法有结构模型（将抽象的概念直观化）、概念模型（将零散的知识系统化）、数学模型（将逻辑的思维缜密化）。

根据皮亚杰的认知理论，人脑对事物的认识是从表象开始的。初中学生正处在形象思维偏强，抽象思维偏弱的阶段。在教学中，

教师应尽量多地借助实物、图片、挂图、动画等多媒体直观手段，演示抽象问题，为模型的建立形成基础;而且色彩鲜艳的画面、具体生动、活动多变的事物、奇异罕见的现象最容易引起学生的兴趣和注意。笔者教学设计的第一个环节是“观看视频，请你来做小小设计师”，视频是“人造心脏”。这种“人造心脏”由两个类似涡轮的新型离心泵组成，工作时能保持身体内血液不停地流动，完成血液循环。血液循环是比较复杂的过程，通过回顾所学知识，小组合作画出血液循环路径简图，教师再出示血液循环路径模型，并引导学生相互点评和完善，复习心脏四腔的结构特点、血管、静脉血和动脉血的区别，充分体现人工心脏结构与功能相适应的特点。通过这样的方式，形象地说明了生物体的形态构造、生理特征，使教与学的过程“活”起来，进而激发学生的求知欲，培养学生的学习兴趣。