张清正
摘 要：在当下的生物教学中，学生的生物学习方式十分呆板，如此使学生丧失了自主学习的兴趣和能力，而模型建构能够促进学生对生物知识的理解，尤其是针对十分难懂的微观生物原理，通过模型对其进行有效的呈现，可以使得一些抽象的生物学知识变得具体生动，从而引导学生理解生物学科的本质，并在其中掌握科学的学习方法，使学生的学习能力和兴趣得到更高的提升。
关键词：高中生物;教学;应用研究;模型构建
中图分类号：G633.91 文献标识码：A 文章编号：1673-8918（2022）12-0115-04
一、 引言
模型构建在高中生物学习中发挥了不可估量的作用和影响力，它可以有效培养学生的学习兴趣从而提升学生的学习能力和表达交流能力，培养和发展学生的科学思维，促进学生学习成绩的进步，从根本上改变学生的学习态度，让学生对学习的积极性有效提升。其还可以增进同学彼此之间的交流，使其建立友谊，帮助学生更好地形成建模素养。
二、 模型构建在高中生物教学中的产生的积极意义
（一）模型构建在高中生物教学中的应用效果
模型构建是一个循序渐进、不断重复的过程。在应用程序中，必须对其进行完善和修改，使其达到完美的效果。学生能够很好地适应这种学习，而且大部分人都具有一定的实践和思维能力。实验班同学的物理、数学能力较强，所以对模型设计的使用和了解是没有问题的。学习方法、教学方法是关键。长期以来，在老师的应试压力下，生物教育存在着学习自主性、积极性低、对生物学习兴趣低、对生物学习的关注不够等问题。学习方法是统一的、僵化的，因此不可能建立一个合适的概念体系和知识框架。模型设计教学可以改变学生的学习方式和学习方法。通过模型设计，可以建立良好的概念体系和知识框架，提高学生对生物科学的兴趣，提高学生的学习能力，锻炼建模和思维能力，增强学生的自信心，建立和谐的师生关系，促进师生交流。事实证明，在师生的共同努力下，该教学模式取得了成功。
（二）构建模型的应用可以促进教学专业的发展
作为课程的组织者，教师必须提前学习相关知识，查阅广泛的材料，进行教学设计，将活动与教学紧密结合，并反映课程与教学之间的联系。这对教师来说是非常困难的，但也可以利用教师的能力，掌握一定的专业技能，促进教师的专业能力成长。
（1）在学习模型设计相关知识的过程中，我们获得了大量的专业知识和建模技能，这对提高教师的建模思维和建模技能起到了重要作用;
（2）培训项目对教师来说是一项非常重要的技能。在创建模型的过程中，笔者阅读了很多相关的教学项目，学到了很多关于教学设计的知识和技能，也在一定程度上提高了笔者的教学设计技能;
（3）开展建模活动，首先在课后给学生布置作业，补充概念模型，然后在课堂上起草并应用物理模型，并在课堂上解释和总结数学模型，在全面处理学生的家庭作业、组织和开展活动、调整和安排上课时间、积累未来教育教学工作的经验以及提高信心方面都起到了积极作用;
（4）在设计工作的框架内，通过与同学交流，拉近和同学之间的距离，与同学们建立起了很好的联系。一般而言，在教学中进行造型活动，既能给学生带来正面的效果，又能促进教师的职业发展。在今后的教学中，我们要不断地掌握新的知识、新的技能，并通过各种形式的活动，使自己的课堂变得丰富多彩，使学生爱上自己的生物课。
（三）模型的应用有助于学生科学思维能力的发展
在中学生物版《高等教育》的“遗传学与进化”模块的前两章中使用设计模型进行教学后，访谈、观察和案例研究表明，模型构建教育确实在培养学生的建模能力方面发挥了积极作用，从分析学习兴趣、学习态度、科学思维和实践能力中可以得出以下结论：
（1）部分学生对生物学很有兴趣，对模型设计很感兴趣。通过构建模式，能激发学生的学习热情，转变学习态度;
（2）模型的设计能够使大部分学生对生物学产生浓厚的兴趣，培养他们的动手能力，培养他们的思考和想象力，提高他们的自信;
（3）榜样教育不仅可以促进学生之间的交流，增进友谊，还可以促进良好师生关系的发展;
（4）在教学中使用该模式可以提高学生的建模能力，改變他们的学习方式，增强他们对科学的信心，提高他们对科学的热情。
在高等教育生物学“遗传学与进化”模块的前两章中开展建模活动，可以充分调动学生的学习热情，使学生能够独立参与设计模型的工作，实现积极的思维，充分调动小组合作的有效性，进行模型构建，最终构建自己的思维模型，创建自己的学习结构，即概念体系和知识框架。在这个过程中，他们还运用自己的实践能力去工作、表达和交流，提高彼此的信心，培养科学思维，并延伸到其他方面，使学生更加阳光、自信和优秀，同时提高他们在各个方面的知识。大多数教师都应积极参与、组织和开展此类活动。
三、 高中生物教学中模型构建的应用策略
（一）学校和教师应注重学生技能的提高
在生物学教学中，学校与生物教师要重视培养学生的综合素质。作者认为，这和高考没有什么冲突。近年来，我国高校招生考试越来越注重培养学生的能力，积极开展具有建设性意义的教学活动，注重学生的各种活动、技能的发展，而不是盲目地去学，只会一味地去理解，而要从长远的眼光去思考。培养学生的自主意识、引起学生的关注、主动探究、不断完善、不断提升自身的综合素质、培养学生的科学思维、培养学生的科学兴趣，才是真正为高考服务。
（二）教师积极参与，帮助学生完成模型;
要对学生提出的问题作出反应，教师要事先设定好模型，对可能出现的问题进行预测，对备课中出现的各种问题作全面的规划，对可能出现的意外事件进行预测，并采取相应的对策。在教学模式设计中，老师试图与同学们探讨相关的课题及测验。通过对模型的不断改进和优化，对模型进行及时的评价和校对，对错误进行及时的辨识，明确规则、知识和技能，使学员能够在一定程度上纠正和了解模型的错误，获得知识和技能，从而建立起正确的思维模式，建立起正确的知识结构。在完成模型设计活动后，我们还应与学生沟通，评估模型设计活动并给予确认，以便学生能够完成二次作业并收集复杂的模型，以备将来需要。
（三）减轻学生的学业负担
开发模型需要时间和精力。这就是我们需要减轻学生压力的原因。笔者将标准作业减少了一半，但在创建模型时，尤其是创建额外的概念模型时，需要仔细完成作业。这比制造问题更重要，一开始你必须坚持。在后来创建物理模型的过程中，笔者将生物课交给学生，让他们尽可能在课堂上完成模型的设计和制作，并尽量不占用他们的业余时间。同时，它改进和简化了建模过程，减轻了学生的学业负担，这样，学生们坚持完成任务，完成的质量也很好。这不仅不会影响学科，还可以获得知识和建模技能，从而提高学生的自主性，并积极参与模型工作。笔者也希望学校和教师不要盲目地只关注学生的学业成绩，也要关注学生技能的发展，真正提高学生的素质。
四、 高中生物模型构建过程
建立模式见图1：
①选择模型，针对各种问题选取适当的模型;②建立模型：依据选定的模型的结构和构成，进行科学的假设与预测，并建立一个初步的模型;③对模型进行检验，检验初始模型的适用性和连贯性，修正误差;④采用有效的模型，在相似的情形下，确定其适用性;⑤通过模型的调试，对新问题进行求解，对模型的适用性进行评估;⑥模型重构，在对模型进行改进的同时，对其结构和功能进行修改、加强和扩展，建立心理模型，使建模在连续循环过程中趋于科学。
五、 模型构建的原则
建模原则为：①科学性，即建模过程应符合科学的逻辑过程，并能科学地展示原型的一些重要属性;②直观性：模型的设计是使学生更直观地理解抽象事实和规律的活动，因此必须符合直观性原则;③可视化，即所构建的模型能尽可能生动地表达原型的特征，使学生和教师更容易理解和应用;④经济性，即建造模型的材料应简单、易于找到且经济，建造模型所花费的时间不应太长;⑤及时性，即构建的模型应能够有效地反映当时的事实、权利或问题;⑥相关性，即不同的内容对应不同的模式，同一内容也可以有不同的模式，可以选择最适合的模式进行构建。
六、 建立生物模型的途径
（一）模型准备
通过回顾适当的旧知识，建立新知识的思维框架。一种特殊的方法是，教师应该让学生对生物现象或生物概念有一个大致的了解，通过设置情境、复习旧知识、学习新知识或问题序列的形式在课堂上进行学习，这样他们就可以有一个新知识的总体框架。例如，当我们谈论生态系统能量的流动时，首先，通过回顾上一课讲授的生态系统结构和必修课讲授的细胞代谢反应，教师使学生能够在头脑中创建一个整体框架。能量流动、物质交换和结构层次形成一个输入输出开放的系统，从而改善各营养层次之间的能量流动过程。
（二）教授新知识，让学生建立图表模型
在教师的指导下，学生讨论如何以小组协作的形式建立研究对象的模型。概念模型要求学生建立网络图或概念过程图，数学模型要求学生建立适当的数学表达式或曲线，无论模型类型如何，学生都必须充分发挥自己的聪明才智，思考事物之间的关系和异同，分析和总结事物的基本特征，并提出模型。
（三）展示、评议和总结
与学生讨论模型的正确性。一种具体的方法是，学生在小组中展示他们构建的模型，并表达他们构建模型的想法。其余的学生有勇气提问，他们一起分析模型的正确性，最后在老师的建议下建立正确的模型。
（四）修改模型并执行问题巩固
在前面的过程中修改和总结模型后，此过程通过执行一些练习来测试学生对知识的掌握情况。模型教学的基本问题是通过建立模型让学生掌握知识。执行问题巩固是该模式教学成功的标志。
七、 高中生物模型构建的方法举例
以“生态系统能量流动”为例，介绍了“生态系统能量流动”的概念，并透过多媒体的方式，让学生从“能源流動”的概念中，撷取出“输入”“传输”“转换”与“损失”等关键概念。老师在此基础上，将四种不同的能量流动点联系起来。在无机环境中，能源仅仅是光的能源。光能怎样促进生物生长？只要记得植物的光合作用，就可以把能源投入搞定。能量在生物群体中传播、转化和丢失。那么，能量是和什么在一起的？学生自然而然地联想到了食物链，所以，所谓的“能量转换”，就是通过光合作用把光能变成化学能，再把化学能变成有机体。他们会自然而然地回想起呼吸、制造ATP和散发热量的过程。ATP为所有生命活动提供能量，然后热能又流失回无机环境。方框则表示生态系统太大。我们在此基础上构建了一个模型。我们以制造者为例，继续其能源变化。多媒体在Seda-Berger图上显示能量流图，供学生仔细观察。此时，仍有必要考虑如何引入能源。它前面能源是太阳能，制造者在阳光照射后进入什么形式？学生们仔细地回答说，这是通过光合作用实现的，然后引导学生考虑输出能量。因此，对其他营养学，我们也可以通过一个模型构建一个特定的传播过程。
比如说，研究酵母菌的呼吸是怎么进行的。在此基础上，我们设计了一个实验装置，以获取实验结果，并与学生进行探讨，以了解两种不同的呼吸模式，再由不同的步骤来解释两种不同的呼吸模式。最后，透过不同的生物呼吸实例，进一步了解细胞的呼吸。但是，如果只用简单的公式来说明呼吸的过程，显然，学生不会对此产生什么印象，并且难以理解。在此基础上，笔者提出了一种新的方法，即：从模型的编制阶段，对中学的宏观呼吸生物学进行了回顾，并将其引入新的课程中;提出一系列的问题，让学生归纳出其基本的呼吸原理;通过示范试验，探讨酵母的呼吸模式，掌握两种呼吸模式。知识目的：通过概念模型的建立，理解有氧与无氧呼吸的概念、一般反应式、过程及示意图;能力目标：①运用数学模型训练学生分析问题能力;②分析比较有氧与无氧呼吸的差异与联系，使学生能够构建知识系统，分析比较相关知识;情感目的：通过对有氧和无氧呼吸的相互关系的剖析，渗透其不断发展、变化和适应的特征，从而逐渐掌握生活的发展和变化的意义。
八、 结语
模型建构能够促进学生对相关的生物概念和知识的理解，尤其是针对十分难懂的微观生物原理通过模型对其进行有效的呈现，从而使得一些抽象的生物学的知识变得更加的具体生动，从而引导学生对生物学科的本质进行更好的理解和探究，在这样的过程中掌握有效的科学学习方法。
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