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基于模型建构的解题思维策略

（江阴市教师发展中心江苏无锡214400）

《普通高中生物学课程标准（2017版）》在学业水平考试和命题建议中指出，试题情境应围绕现实问题展开，有一定的信息量和适当的复杂度，能够成为学生运用学科知识分析和解决实际问题的载体。这要求学生在具有一定生物学知识的基础上，对生物学问题的本质特征进行分析、应用和评价，对科学思维能力的要求较高。模型建构是将抽象复杂的生物学知识直观呈现的过程，它既是处理问题的一种重要手段，也是一种思维方式。将模型建构的思维方式应用于解题过程，有利于学生在特定的复杂情境中提取核心信息，建立直观、快速的解题思维，发展具有生命观念的科学思维方式。

学习是在原有认知结构基础上产生的，是把新知识和原有知识联系在一起，积极建构新知识的过程。教师通过模型建构来激活学生已有的知识，建模的过程既是一个对原有概念进行抽取和提炼的过程，也是逻辑思维运用和发展的过程。在此基础上，教师引导学生比较、分析和综合题中提供的新信息与原有模型中呈现的信息，寻找新旧知识之间的关联点和结合点，并对原有模型进行调整，建立新模型；再运用新模型对问题进行分析、演替和推理。

【例1】神经递质甲会与蓝斑神经元上的受体G结合，引起K+通道开放，使K+顺浓度梯度转移，影响幼年大鼠蓝斑神经元的兴奋性。推测神经递质甲的作用是什么？

模型建构：首先，教师引导学生提取已知的神经调节相关认知建构模型，如神经纤维的静息电位模型（图1）和动作电位模型（图2）。学生明晰题中的新信息，把已知（静息状态下K+浓度膜内高于膜外）和新知（神经递质甲使蓝斑神经元K+顺浓度梯度转移）结合，拓展原有模型，建构新模型（图3）；再根据新模型进行演绎推理，K+顺浓度梯度转移的结果是使神经元的细胞膜两侧电位差加大，维持静息状态。学生从而推测神经递质甲的作用是抑制蓝斑神经元的兴奋，属于抑制性神经递质。

图1神经纤维的静息电位模型

图2神经纤维的动作电位模型

图3学生拓展建构的新模型

在解决此类问题的过程中，教师先用模型激活和呈现原有知识，促进学生把零散的知识结构化、隐性的知识显性化，使学生从生物学视角获取相关信息，寻找到新知和旧知之间的关联点，开展知识迁移，提高思维的灵活性。在已有知识的基础上，学生再依据新证据得出新的结论，发展思维的创新性。

生物学研究的对象复杂而多样，某个特定的生物学现象往往是多因子互作的结果。基于高考评价体系的生物学科试题强调综合性和应用性，既有学科内容的综合性，也有问题情境的复杂性。而复杂的情境一般具有较长的逻辑链。教师先引导学生从生物学角度，提取相关的因子作为建构模型的各个要素；然后，基于事实与证据，引导学生分析各要素的本质属性及相互之间的关系，并通过分析、抽象和概括，用特定的符号进行表达，构建各要素之间的逻辑关系；再引导学生运用模型分析和解决问题。

【例2】某研究小组发现，血液中含有一种名为“GDF11”的蛋白质，其含量减少可导致神经干细胞中端粒酶的活性下降。因端粒酶在细胞中可以将端粒修复延长，而让端粒不因细胞分裂而有所损耗，使细胞分裂次数增加。据此设想治疗癌症的思路。

模型建构：试题中的情境设置以概念和文字的形式呈现，涉及多个因子。教师引导学生阅读和获取信息，提取相关的物质和概念——GDF11、端粒酶、端粒、细胞增殖，把这几个因子作为模型的各要素；再使学生明析各要素之间的关系是建构该模型的关键。例如，针对端粒酶对端粒的作用是修复延长，对此进行抽象和概括，用箭头和“+”或“-”的符号进行表达，建构出相关的模型（图4）（“+”表示提高或促进作用；“-”表示降低或抑制作用）。

图4学生构建出的模型

此模型可以直观、清晰地呈现各因子之间直接或间接的相互逻辑关系，使内容简约化、思维显性化，有助于厘清多因子之间的逻辑关系，从而实现思维的流畅性和整体性。学生根据此模型能迅速推测：CDF11含量减少，最终导致细胞分裂次数减少；若想抑制癌细胞的增殖，应该减少CDF11的含量。在建构此模型的过程中，学生需要对信息进行综合、抽象和概况，并运用模型进行推理、评估和解释，这是科学思维的重要表现形式和锻炼途径。

生物和生命现象的复杂性和多样性决定了在分析和研究问题时，需要透过现象寻找其本质属性，才能了解纷繁现象背后的生物学规律。教师引导学生利用直观感知获取信息，并根据已有的生命观念，判断与该生命现象相关的生物学规律。然后，学生再根据规律对复杂事物作深刻剖析，并通过抽象的方法，把现象通过模型转化为本质，把陌生的情境转化成熟悉的场景，把复杂的问题简单化，利用模型对问题进行分析和说明。

【例3】SOS1、SOS2、SOS3是拟南芥的三种高耐盐基因，只有同时具有三种基因的个体才表现出高耐盐性状。某研究人员将这三种基因导入玉米细胞，成功筛选出了高耐盐植株。由于导入的