類(lèi)比在生物學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用

鄭賽彬 高育蒙 陳秉初

摘 要 基于TWA模式，以“物質(zhì)出入細(xì)胞的方式”一節(jié)為例，通過(guò)教學(xué)設(shè)計(jì)來(lái)探討類(lèi)比在生物學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞 類(lèi)比 生物學(xué)教學(xué) TWA模式

中圖分類(lèi)號(hào) G633.91 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 B

類(lèi)比是一個(gè)將兩個(gè)不同領(lǐng)域的知識(shí)系統(tǒng)，借由彼此間某種結(jié)構(gòu)的相似性，由已知系統(tǒng)（又稱(chēng)類(lèi)比物）推導(dǎo)至欲知系統(tǒng)（又稱(chēng)目標(biāo)物），從而獲取知識(shí)的過(guò)程。類(lèi)比在科學(xué)教學(xué)中扮演著重要的角色，是一種有效的科學(xué)學(xué)習(xí)方式，可以促進(jìn)學(xué)生科學(xué)知識(shí)的產(chǎn)生與精加工。近年來(lái)類(lèi)比的相關(guān)研究逐漸受到重視，尤其國(guó)外學(xué)者對(duì)類(lèi)比的設(shè)計(jì)、教科書(shū)中所含類(lèi)比的內(nèi)容分析等研究關(guān)注較多，而且證了實(shí)類(lèi)比教學(xué)的有效性。此外，國(guó)外一些學(xué)者依據(jù)不同的理論，將類(lèi)比應(yīng)用于教學(xué)，提出了多種類(lèi)比教學(xué)模式，其中比較典型的類(lèi)比教學(xué)模式有GMAT模式和TWA模式。下面基于TWA模式，通過(guò)教學(xué)設(shè)計(jì)來(lái)體現(xiàn)類(lèi)比在生物學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用。

1 TWA模式（Teaching with Analogies Model）

TWA模式是由Glynn提出的一種類(lèi)比教學(xué)模式。TWA模式包括6個(gè)教學(xué)步驟：（1） 介紹將要學(xué)習(xí)的科學(xué)概念（即目標(biāo)物）；（2） 喚起學(xué)生對(duì)類(lèi)比概念（即類(lèi)比物）的記憶；（3） 辨認(rèn)類(lèi)比物的特征；（4） 標(biāo)出目標(biāo)物和類(lèi)比物的相似特征；（5） 得出科學(xué)概念的結(jié)論；（6） 指出非類(lèi)比之處。

Glynn指出TWA模式具有下列優(yōu)點(diǎn)：（1） 假如教科書(shū)中所使用的類(lèi)比沒(méi)有清楚地解釋?zhuān)蚴前才欧绞讲磺‘?dāng)，則TWA模式可為教師提供教學(xué)時(shí)的參考；（2） 若只提供類(lèi)比教材讓學(xué)生自行閱讀，可能會(huì)因?yàn)閷W(xué)生對(duì)科學(xué)概念的了解不完整或不正確，而導(dǎo)致學(xué)生迷思概念的產(chǎn)生。此時(shí)，如果讓學(xué)生熟悉TWA模式，再讓他們自行閱讀或設(shè)計(jì)類(lèi)比，可增加學(xué)生對(duì)科學(xué)概念的理解。

Glynn在TWA模式的教學(xué)步驟上，尤其強(qiáng)調(diào)教師應(yīng)該將類(lèi)比概念與科學(xué)概念之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系解說(shuō)清楚。Duit也提到使用TWA模式時(shí)，要特別注意教學(xué)步驟2~5，留意學(xué)生們所了解的類(lèi)比是否與教師所預(yù)想的一致，并且確定學(xué)生能真的了解類(lèi)比的相似之處。TWA模式最重要的環(huán)節(jié)是步驟4和步驟6，因?yàn)橹挥挟?dāng)學(xué)習(xí)者清楚地了解目標(biāo)物和類(lèi)比物的相似之處時(shí)，才有助于映射的順利產(chǎn)生。教師還應(yīng)該時(shí)刻提醒學(xué)生注意類(lèi)比的失效之處，以免產(chǎn)生不恰當(dāng)?shù)倪^(guò)度推論。本研究認(rèn)為Glynn的TWA模式，步驟清晰，適用于實(shí)際教學(xué)，可以為教師運(yùn)用類(lèi)比進(jìn)行教學(xué)提供參考依據(jù)。下面以高中生物“物質(zhì)出入細(xì)胞的方式”一節(jié)為例，通過(guò)課堂教學(xué)設(shè)計(jì)具體分析TWA的應(yīng)用。

2 “物質(zhì)出入細(xì)胞的方式”的教學(xué)設(shè)計(jì)

2.1 學(xué)習(xí)任務(wù)分析

細(xì)胞是生物體結(jié)構(gòu)和功能的基本單位，它不僅與周?chē)沫h(huán)境之間發(fā)生物質(zhì)交換，而且與周?chē)钠渌?xì)胞之間也要發(fā)生物質(zhì)交換。因此，學(xué)習(xí)“物質(zhì)出入細(xì)胞的方式”非常重要，它不僅與第二章中質(zhì)膜的結(jié)構(gòu)和功能有著密切的聯(lián)系，而且與所有新陳代謝的活動(dòng)密切相關(guān)，如葉綠體和線粒體代謝過(guò)程中的物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)方向,神經(jīng)纖維上興奮傳導(dǎo)的實(shí)質(zhì)等。學(xué)生對(duì)“物質(zhì)出入細(xì)胞的方式”的順利掌握是準(zhǔn)確理解生命活動(dòng)實(shí)質(zhì)的基礎(chǔ)。

2.2 學(xué)習(xí)者分析

學(xué)生已經(jīng)掌握細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，了解細(xì)胞是由一層具有選擇透過(guò)性的質(zhì)膜包被著，這為本節(jié)課的學(xué)習(xí)打下了認(rèn)知的基礎(chǔ)。同時(shí)，學(xué)生具備了一定的化學(xué)和物理知識(shí)，能理解濃度高的溶液滲透壓高，地勢(shì)高的物體具備的勢(shì)能大，這有助于通過(guò)分析“物體在河流上下游間的運(yùn)輸”來(lái)類(lèi)比學(xué)習(xí)“物質(zhì)出入細(xì)胞的方式”。

2.3 教學(xué)目標(biāo)

（1） 知識(shí)目標(biāo)：簡(jiǎn)述擴(kuò)散的特點(diǎn)；闡明滲透的概念及原理；概述被動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)和主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)的概念；區(qū)別被動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)和主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)兩種不同的方式；概述胞吞和胞吐兩種方式。

（2） 能力目標(biāo)：通過(guò)分析“物體在河流上下游間的運(yùn)輸”來(lái)類(lèi)比物質(zhì)出入細(xì)胞的各種方式，初步學(xué)會(huì)用類(lèi)比的思維理解生物學(xué)的重要概念；通過(guò)區(qū)別物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞的不同方式，學(xué)會(huì)分析問(wèn)題。

（3） 情感、態(tài)度與價(jià)值觀目標(biāo)：通過(guò)理解擴(kuò)散和滲透作用的過(guò)程，知道生命活動(dòng)不斷發(fā)展變化以及適應(yīng)的特性，學(xué)會(huì)自覺(jué)地用發(fā)展變化的思維認(rèn)識(shí)生命；通過(guò)聯(lián)系生產(chǎn)、生活等實(shí)際，產(chǎn)生學(xué)習(xí)生物學(xué)的興趣和關(guān)心社會(huì)生活的意識(shí)。

2.4 教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)

（1） 教學(xué)重點(diǎn)：滲透作用的原理。

（2） 教學(xué)難點(diǎn)：被動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)和主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)的區(qū)別。

2.5 教學(xué)過(guò)程

（1） 介紹要學(xué)習(xí)的概念。

概念介紹：

① 細(xì)胞膜是選擇透過(guò)性膜；

② 擴(kuò)散：H2O、CO2、O2、甘油、乙醇等小分子物質(zhì)僅依賴(lài)濃度差通過(guò)細(xì)胞膜；水分子的擴(kuò)散即為滲透。

③ 易化擴(kuò)散：葡萄糖等從高濃度溶液到低濃度溶液的擴(kuò)散需要載體協(xié)助，但不需要額外提供能量。如葡萄糖進(jìn)入紅細(xì)胞。

④ 主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)：離子、氨基酸等物質(zhì)從低濃度運(yùn)輸?shù)礁邼舛燃刃枰d體的幫助，又需要克服濃度差做功，并且需要消耗能量。

⑤ 胞吞和胞吐:大分子蛋白質(zhì)等物質(zhì)出入細(xì)胞不需要載體,但需要消耗能量并依賴(lài)細(xì)胞膜的流動(dòng)性,形成具膜小泡,通過(guò)膜的融合方式完成。

（2） 喚起學(xué)生對(duì)類(lèi)比物的記憶。

先展示一張河流圖和一張拱橋圖（圖1）。

教師引導(dǎo)學(xué)生回憶及討論：

① 河流上游和下游的特點(diǎn)：

② 水流的方向。

學(xué)生討論的結(jié)果：

① 上游：在河流的上段，地勢(shì)較高。下游：在河流的下段，地勢(shì)較低。

② 水流從上游到下游。

（3） 確認(rèn)類(lèi)比物的相關(guān)特征。

教師設(shè)計(jì)一系列問(wèn)題串：

① 假設(shè)一個(gè)乒乓球要從河流的上游經(jīng)過(guò)橋洞運(yùn)送到下游,最簡(jiǎn)單的辦法是什么？是否需要載體？是否需要人額外對(duì)其施加動(dòng)力？

② 假設(shè)一個(gè)鐵球要從河流的上游經(jīng)過(guò)橋洞運(yùn)送到下游,最簡(jiǎn)單的辦法是什么？是否需要載體?是否需要人額外對(duì)其施加動(dòng)力？

③ 假設(shè)一個(gè)鐵球要從河流的下游經(jīng)過(guò)橋洞運(yùn)送到上游,最簡(jiǎn)單的辦法是什么？是否需要載體?是否需要人額外對(duì)其施加動(dòng)力？

學(xué)生討論，并得出結(jié)果。

① 乒乓球可直接從上游經(jīng)過(guò)橋洞漂向下游。

② 鐵球需借助載體如小船從上游漂到下游。

③ 鐵球從下游運(yùn)往上游需要載體如小船,還需要?jiǎng)潉?dòng)船槳消耗能量才可以克服勢(shì)能。

（4） 對(duì)應(yīng)目標(biāo)物與類(lèi)比物兩者的相似性。

類(lèi)比：物質(zhì)出入細(xì)胞的方式，如擴(kuò)散、滲透、協(xié)助擴(kuò)散、主動(dòng)運(yùn)輸，可以類(lèi)比為物體在河流上下游間的運(yùn)輸。物質(zhì)跨膜運(yùn)輸過(guò)程中膜兩側(cè)具有濃度差的溶液可類(lèi)比為河流的上游和下游，上游和下游之間的拱橋可類(lèi)比為細(xì)胞膜，橋洞就是物質(zhì)穿過(guò)的通道，不同大小的橋洞代表不同物質(zhì)經(jīng)過(guò)的通道。具體目標(biāo)物和類(lèi)比物對(duì)應(yīng)如表1。

概念類(lèi)比：“擴(kuò)散”可類(lèi)比為把乒乓球從河流的上游經(jīng)橋洞運(yùn)送到下游，“易化擴(kuò)散”可類(lèi)比為把鐵球從上游經(jīng)橋洞運(yùn)送到下游，“主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)”可類(lèi)比為把鐵球從下游經(jīng)橋洞運(yùn)送到上游。

學(xué)生討論： 根據(jù)類(lèi)比物的特點(diǎn),討論擴(kuò)散、滲透、易化擴(kuò)散、主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)的特點(diǎn)。

學(xué)生討論結(jié)果見(jiàn)表2。

（5） 歸納目標(biāo)物的重點(diǎn)。

教師歸納提升：歸納各概念之間的相同點(diǎn)和不同點(diǎn)：如載體的需要、能量的消耗、物質(zhì)的移動(dòng)方向、穿過(guò)膜的層數(shù)等。再讓學(xué)生試著用“滑滑梯”方式來(lái)類(lèi)比物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸，再次建構(gòu)新知識(shí)，深化對(duì)概念的理解。

（6） 指出類(lèi)比的限制。

教師引導(dǎo)學(xué)生反思：指出以上的類(lèi)比只是幫助理解的比喻，有局限性。

學(xué)生討論：分別討論擴(kuò)散、滲透、易化擴(kuò)散、主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)的類(lèi)比物的局限性。

學(xué)生討論的結(jié)果：

① 擴(kuò)散:河水只能從上游流向下游，但擴(kuò)散的過(guò)程是一個(gè)動(dòng)態(tài)變化過(guò)程，低濃度溶液中的溶質(zhì)分子可以擴(kuò)散到高濃度溶液中，但由于高濃度溶液的溶質(zhì)分子擴(kuò)散到低濃度溶液的分子數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于低濃度擴(kuò)散至高濃度的分子數(shù)，因此總體表現(xiàn)出高濃度的溶質(zhì)分子向低濃度溶液擴(kuò)散的結(jié)果。

② 滲透：當(dāng)擴(kuò)散的對(duì)象為水分子時(shí)，則是低濃度溶液中水分子向高濃度溶液擴(kuò)散的量大于高濃度溶液中水分子向低濃度溶液擴(kuò)散的量。

③ 易化擴(kuò)散與主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)：小船類(lèi)比為載體，但載體是位于細(xì)胞膜上，構(gòu)成細(xì)胞膜的組成成分，不能像小船一樣主動(dòng)到碼頭載人或物；且載體具有專(zhuān)一性，不同的物質(zhì)需要不同的載體。

教師補(bǔ)充：當(dāng)需要跨膜運(yùn)輸?shù)奈镔|(zhì)是大分子物質(zhì)如蛋白質(zhì)等物質(zhì)的時(shí)候，細(xì)胞膜上的載體或磷脂雙分子層都不允許它穿過(guò)，大分子物質(zhì)只能通過(guò)胞吞和胞吐的方式進(jìn)出細(xì)胞。

類(lèi)比：胞吐可類(lèi)比為吹泡泡的過(guò)程，可以把嘴巴里面的口香糖類(lèi)比為一個(gè)細(xì)胞，每吹出一個(gè)泡泡就相當(dāng)于送出一個(gè)蛋白質(zhì)分子。

教師提問(wèn)：吹泡泡的過(guò)程需要消耗能量嗎？送出蛋白質(zhì)分子的過(guò)程需要載體嗎？蛋白質(zhì)分子有沒(méi)有穿過(guò)細(xì)胞膜？

教師總結(jié)：歸納出胞吞胞吐是一個(gè)不需要載體，但需要能量ATP，并且沒(méi)有穿過(guò)細(xì)胞膜的運(yùn)輸過(guò)程。

2.6 教學(xué)反思

生物學(xué)課堂中類(lèi)比方法的應(yīng)用是普遍存在的，當(dāng)教師試圖把一個(gè)新概念向?qū)W生解釋清楚時(shí)，總是會(huì)去尋找與之相關(guān)的知識(shí)或相關(guān)的生活經(jīng)驗(yàn)，以幫助學(xué)生了解不熟悉的概念，協(xié)助他們?cè)谝延兄R(shí)的基礎(chǔ)上順利建構(gòu)新知識(shí)。例如在本節(jié)課的教學(xué)中，利用學(xué)生已有的化學(xué)和物理知識(shí)，再結(jié)合學(xué)生自身的生活經(jīng)驗(yàn)來(lái)幫助其理解擴(kuò)散、易化擴(kuò)散、主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)和胞吞、胞吐現(xiàn)象，學(xué)生就能較輕松地理解這些抽象的微觀概念。但因?yàn)轭?lèi)比物和目標(biāo)物不可能完全對(duì)應(yīng)，若教師沒(méi)能及時(shí)提醒，學(xué)生又會(huì)過(guò)度引申，導(dǎo)致產(chǎn)生誤解。如從物理學(xué)的角度考慮，如果沒(méi)有外力作用，物質(zhì)只能從勢(shì)能高的地方往勢(shì)能低的地方跑，那么水分子只能從上游向下游移動(dòng)，但在滲透過(guò)程中，水分子也會(huì)從水分子少的溶液向水分子多的溶液方向運(yùn)動(dòng)，這可能會(huì)影響學(xué)生正確理解物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸是一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡的過(guò)程。因此，在使用類(lèi)比的過(guò)程中，教師尤其要關(guān)注容易引起學(xué)生誤解的方面并加以提醒和引導(dǎo)，告訴學(xué)生類(lèi)比的局限性。雖然類(lèi)比教學(xué)存在著不足之處，但其優(yōu)點(diǎn)是不容忽視的，本文以淺薄的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)為大家提供一個(gè)類(lèi)比的教學(xué)范例以供參考，望不吝指正。

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