高中生物教学中模型构建对学生科学思维的培养研究

引言

众所周知，在实际进行深人研究的过程中，生物模型是最为重要的载体，而要想真正强化学生的生物知识学习能力，作为教师来说，就需要能够高质量的落实对于高中生物学模型建构的相关工作重视，学生科学思维的培养是学生能够具备一定的生物学科学习能力的重要基础。在这样的背景之下，研究高中生物学模型建构教学中学生科学思维培养的具体策略的十分有必要，这也是促进学生整体学习效率的提升以及帮助学生为后续生物学习打好基础的重要手段。

一、模型构建的内涵及其科学思维培养价值

模型构建是指学生通过实物、图形或数学表达等方式，将复杂的生物现象转化为可观察、可操作的形式。这种方法在高中生物《分子与细胞》模块的教学中具有重要价值。在帮助学生理解抽象概念方面，模型构建能将肉眼不可见的微观过程可视化。例如用橡皮泥制作染色体模型，可以清晰展示细胞分裂过程中染色体的形态变化。这种直观的呈现方式，使学生更容易掌握染色体复制、分离等关键环节。

模型构建过程需要学生深入分析各要素之间的关系。要准确制作有丝分裂模型，必须理解染色体与纺锤丝的对应关系，明确着丝粒分裂与染色体移动的因果关系。通过比较不同模型的优缺点，学生能培养批判性思维。用卡纸制作的平面染色体模型虽然简单，但无法展示立体结构；而 3D 打印模型虽更逼真，却难以表现动态过程。这种对比分析促使学生思考模型的局限性，并激发改进创新的想法。

二、基于《细胞增殖》的模型构建教学实践策略

（一）聚焦核心概念，明确建模目标

在开展细胞增殖教学时，首要任务是帮助学生建立清晰的学习目标。有丝分裂过程涉及染色体动态变化的复杂机制，直接讲解容易使学生陷入细节而忽略整体规律。教师需要引导学生抓住最本质的科学问题：细胞分裂过程中遗传物质如何实现精确分配。这个问题直指有丝分裂的核心功能，能够帮助学生过滤次要信息，集中注意力理解染色体行为变化的关键环节。

教师可以在课堂导入环节展示未受精的蛙卵与正常体细胞的染色体图片对比，通过视觉冲击引发学生对遗传物质稳定传递的思考。然后明确告知学生，本次建模活动需要重点呈现三个关键节点：染色体在间期的复制过程、后期着丝粒的分裂机制、以及末期染色体平均分配到两极的现象。这样的目标设定既突出了教学重点，又为后续模型构建划定了明确的范围。

（二）分层构建多元模型，深化思维层次

物理模型作为最直观的呈现方式，能帮助学生建立初步的空间感知。使用日常生活中常见的材料如扭扭棒、磁贴等制作染色体模型，可以降低学生的操作门槛。在模型制作过程中，要求学生必须通过手动操作展示染色体从间期到末期的完整变化序列，这种具身体验能强化对动态过程的理解。例如在模拟后期时，学生需要用手将连接姐妹染色单体的扭扭棒分开，这个动作本身就是在强化着丝粒分裂的概念。

在物理模型的基础上，引导学生将操作经验转化为概念模型是思维提升的关键步骤。让学生用箭头符号绘制有丝分裂流程图，需要他们准确概括各时期的核心特征，并用逻辑连线表达事件发生的先后关系。这个过程中，学生需要区分哪些是观察到的现象，哪些是推断出的结论，这种区分本身就蕴含着科学思维的训练。进一步地，引入数学建模可以培养学生定量分析意识。通过统计洋葱根尖细胞不同分裂时期的显微图像比例，让学生用图表形式呈现细胞周期各阶段的时间分配规律，这种数据处理能够帮助学生理解细胞周期调控的生物学意义。

（三）基于模型应用与评价，提升思维品质

模型的价值不仅在于呈现知识，更在于作为思维训练的工具。在学生完成模型构建后，应当创设真实的问题情境促使他们运用模型进行解释和预测。例如让学生用自建的染色体模型向同伴说明为何有丝分裂能保持遗传稳定性，这个讲解过程实际上是在检验其能否将模型要素与生物学原理准确对应。更进一步地，可以设置干扰情境：如果使用秋水仙素抑制纺锤体形成，模型该如何调整？预测会产生什么结果？这类问题能推动学生将静态模型转化为动态思维工具。

在模型评价环节，可组织学生讨论不同小组构建模型的差异点，引导他们思考这些差异反映了哪些认知上的不同。例如有的物理模型可能忽略了核膜重建过程，有的概念图可能颠倒了某些事件的顺序，这些不完美的呈现恰恰是教学的宝贵资源。通过集体分析模型的局限性和改进方案，学生能够逐步建立科学模型的相对性认知，理解任何模型都是对现实的有限呈现。

三、教学启示

模型构建教学的核心价值在于实现思维的可视化转化。教师需要密切观察学生在模型设计、使用和评价各个环节的表现细节，包括口头解释的准确性、草图绘制的逻辑性以及操作步骤的合理性。这些外显行为能直观反映学生的思维轨迹，为教师提供诊断学情的有效依据。当发现学生对染色体行为理解存在偏差时，可以通过展示标准模型与学生作品的差异点，引导其自主发现认知盲区。

在教学实践中，应当避免直接给出标准答案，而是通过精心设计的递进式问题链推动学生深入思考。例如在观察学生构建染色体模型时，可以依次提出如何区分染色质和染色体状态、着丝粒分裂时机对遗传物质分配的影响等系列问题。这种引导方式既能保持学生的主体地位，又能在其遇到认知瓶颈时提供必要的概念支架。

结语

在“细胞增殖”教学中实施分层模型构建（物理→概念→数学模型），使学生亲历“具象操作→逻辑抽象→定量分析”的科学思维完整链条。通过持续的模型应用、批判与迭代，学生不仅掌握了有丝分裂知识，更锤炼了模型辨识、推理论证及创新反思的核心能力。

参考文献：

[1] 房颖 , 柳忠烈 , 田树青 . 基于发展科学思维的模型构建在高中生物学教学中的应用——以 " 细胞的增殖 " 为例 [J]. 生物学通报 ,2022,57(9):28-31.

[2] 王晓宇 . 基于概念模型构建培养学生科学思维的高中生物学教学实践研究—以《稳态与调节》为例[D]. 安徽: 安徽师范大学,2023.

[3] 陆佳丽 . 基于科学思维的主线式情境教学法在高中生物教学中的应用研究-- 以《遗传与进化》专题为例[D]. 上海: 上海师范大学,2024.