運(yùn)用Inspiration軟件建構(gòu)高中生物概念模型

高學(xué)林

1 問題的提出

概念是生物學(xué)科知識(shí)的基礎(chǔ)，是理性思維的基本形式，是形成判斷和進(jìn)行推理的基本要素。《高中生物課程標(biāo)準(zhǔn)》也要求“獲得生物學(xué)基本事實(shí)、概念、原理、規(guī)律和模型等方面的基礎(chǔ)知識(shí)”，并增加了“嘗試建立教學(xué)模型”的能力要求。因此，如何更好地構(gòu)建概念模型，落實(shí)概念教學(xué)是一個(gè)重要的課題。

Inspiration是一種基于可視化學(xué)習(xí)技術(shù)的專用概念模型建構(gòu)軟件，直觀、易用的界面可以非常形象地表達(dá)抽象的思維及復(fù)雜概念之間的關(guān)系。在教學(xué)中，教師可以應(yīng)用Inspiration進(jìn)行概念模型的制作及相關(guān)復(fù)雜思維的表征，它是腦科學(xué)和信息技術(shù)的完美結(jié)合，可以發(fā)展學(xué)習(xí)者的創(chuàng)新思維能力，讓學(xué)習(xí)者充分發(fā)揮自己想象力，憑借個(gè)人的經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)，根據(jù)主題概念來(lái)建構(gòu)新的知識(shí)結(jié)構(gòu)，而不是灌輸式的，使學(xué)習(xí)者處于被動(dòng)接受、記憶的位置。

2 運(yùn)用于教學(xué)的實(shí)驗(yàn)與分析

整個(gè)實(shí)驗(yàn)遵照對(duì)照原則，其中實(shí)驗(yàn)班運(yùn)用Inspiration軟件進(jìn)行概念教學(xué)，以蘇教版生物教材高中生物《必修一·分子與細(xì)胞》第二章“細(xì)胞的化學(xué)組成”為例。

2.1 實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)施過程

（1） 學(xué)生學(xué)習(xí)教材，找出主題概念，聯(lián)想并列出相關(guān)的新舊概念。

（2） 教師引導(dǎo)學(xué)生組織學(xué)習(xí)資料，重點(diǎn)分析主題概念與新舊概念間的各種關(guān)系。

（3） 構(gòu)建某一命題的概念模型：

① 確定主題概念；② 繪制概念到概念模型；③ 為概念間添加關(guān)聯(lián)關(guān)系；④ 為概念添加屬性；⑤ 教師引導(dǎo)學(xué)生分析模型并作出評(píng)價(jià)。

教師要求學(xué)生將自己繪制的概念模型以源文件電腦保存，并與教師提供相關(guān)資料和輔助練習(xí)進(jìn)行超鏈接，以便于課后進(jìn)行調(diào)整修改、復(fù)習(xí)鞏固并與其他同學(xué)交流。

（4） 根據(jù)學(xué)習(xí)進(jìn)程，隨著對(duì)原有知識(shí)的理解的加深和改變，再不斷充實(shí)、完善和拓展。

圖1所示是學(xué)生在教師的指導(dǎo)下運(yùn)用Inspiration軟件畫出的有關(guān)蛋白質(zhì)分子的概念模型。

每一章節(jié)學(xué)完后，教師可引導(dǎo)學(xué)生梳理出各概念間的關(guān)系，形成綜合概念模型。圖2即為整個(gè)第二章“細(xì)胞的化學(xué)組成”的綜合概念模型（由學(xué)生獨(dú)立完成，此為其中一小組制作的概念模型）。學(xué)生利用Inspiration軟件在計(jì)算機(jī)上直接將圖中的每一概念超鏈接到相關(guān)內(nèi)容的概念模型，從而開展有意義的復(fù)習(xí)學(xué)習(xí)。

2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

經(jīng)過近半學(xué)期的教學(xué)實(shí)驗(yàn)嘗試后，對(duì)學(xué)生進(jìn)行檢測(cè)，滿分100分。

2.3 實(shí)驗(yàn)分析

從表1、2的結(jié)果看，無(wú)論是均分還是優(yōu)秀率和及格率，實(shí)驗(yàn)班的成績(jī)優(yōu)于對(duì)照班；運(yùn)用Inspiration軟件建構(gòu)概念模型對(duì)于提升教學(xué)質(zhì)量具體較為明顯的作用。

3 運(yùn)用于教學(xué)的途徑和策略

3.1 可用于在新授課中建構(gòu)知識(shí)結(jié)構(gòu)

在新授課中應(yīng)用Inspiration軟件建構(gòu)概念模型和知識(shí)結(jié)構(gòu)，將轉(zhuǎn)變單一的教師“教”，為“教”與“學(xué)”并舉，教師啟發(fā)、輔導(dǎo)和因材施教，而學(xué)生也真正獲得了自主學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)，其統(tǒng)領(lǐng)概念、自我建構(gòu)知識(shí)的能力將會(huì)得到明顯提高。

例如，有關(guān)細(xì)胞類型與結(jié)構(gòu)的知識(shí)，教材先簡(jiǎn)略提出原核細(xì)胞，然后較詳細(xì)介紹真核細(xì)胞的結(jié)構(gòu)。學(xué)習(xí)初期師生可利用Inspiration共同繪制細(xì)胞的概念模型（圖3）。隨著學(xué)習(xí)的深入，學(xué)生了解更多的細(xì)胞名詞：植物細(xì)胞、動(dòng)物細(xì)胞、細(xì)胞壁、細(xì)胞膜、細(xì)胞核、細(xì)胞器、線粒體、葉綠體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體、核糖體、液泡、光合作用、有氧呼吸、蛋白質(zhì)合成、遺傳物質(zhì)等，可借助Inspiration軟件進(jìn)一步在原有基礎(chǔ)上建構(gòu)動(dòng)、植物細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能的概念模型。如此，學(xué)生不僅對(duì)真核細(xì)胞的結(jié)構(gòu)有了整體的認(rèn)識(shí)，而且在操作Inspiration軟件的過程中，十分想弄清楚這些概念之間究竟有什么具體的意義聯(lián)系，強(qiáng)烈的求知欲也油然而生。

3.2 可用于在復(fù)習(xí)課中建構(gòu)知識(shí)體系

復(fù)習(xí)不僅是對(duì)所學(xué)知識(shí)進(jìn)行回憶、再現(xiàn)，還要對(duì)其作梳理和拓展，達(dá)到強(qiáng)化知識(shí)遷移、發(fā)展知行能力及培養(yǎng)情感態(tài)度。復(fù)習(xí)課往往要求用最少的時(shí)間，呈現(xiàn)最多的信息，促使學(xué)生強(qiáng)化和重構(gòu)知識(shí)體系，提升應(yīng)用和創(chuàng)新能力。

在高考復(fù)習(xí)中，筆者發(fā)現(xiàn)學(xué)生在基礎(chǔ)強(qiáng)化階段輕松自如，但在進(jìn)入能力提升階段解答情境轉(zhuǎn)換問題時(shí)往往會(huì)一籌莫展。原因在于灌輸式教學(xué)、多而重復(fù)的習(xí)題，導(dǎo)致學(xué)生獲得的多數(shù)是未經(jīng)思維加工、只是機(jī)械記憶的零散信息，僅僅是知識(shí)的回憶和再認(rèn)，沒能建構(gòu)起概念及相關(guān)知識(shí)命題的模型，在新情境中遷移解決問題的靈活性較差。而教師應(yīng)用Inspiration軟件建構(gòu)概念模型于復(fù)習(xí)教學(xué)，學(xué)生會(huì)主動(dòng)開展回憶與歸納，整合新舊知識(shí)，建構(gòu)知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，濃縮知識(shí)體系，達(dá)到靈活遷移。例如，光合作用和有氧呼吸兩者的過程和聯(lián)系既是教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)又是高考的熱點(diǎn)，教師訓(xùn)練學(xué)生運(yùn)用Inspiration軟件繪制相應(yīng)概念模型（圖4），會(huì)取得良好的教學(xué)效果。

在教學(xué)過程中，教師可采取學(xué)生先獨(dú)自完成，再小組討論，最后匯報(bào)交流的方式。這樣使學(xué)生自行體驗(yàn)、評(píng)判不同學(xué)習(xí)時(shí)期所建概念模型，獲取認(rèn)知進(jìn)步，思維拓展；同時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)一些新的知識(shí)間聯(lián)系，知識(shí)結(jié)構(gòu)更加完整，且還能產(chǎn)生一些創(chuàng)新的理解。

運(yùn)用Inspiration軟件建構(gòu)概念模型于復(fù)習(xí)課，可使模糊的概念清晰化、零散的知識(shí)系統(tǒng)化、機(jī)械的記憶靈活化，最終學(xué)生的遷移能力提高，復(fù)習(xí)效果明顯。

3.3 可用作為教學(xué)評(píng)價(jià)的新型工具

首先概念模型可作為一種形成性評(píng)價(jià)的工具，用于對(duì)不同階段教學(xué)活動(dòng)的教學(xué)評(píng)價(jià)。例如，教師通過觀察學(xué)生運(yùn)用Inspiration軟件設(shè)計(jì)基因工程概念模型的建構(gòu)過程，可了解到學(xué)生內(nèi)心的思維活動(dòng)，診斷出所誤解的概念意義及概念間關(guān)系，有助于找到影響教學(xué)效益的原因，從而及時(shí)改進(jìn)教學(xué)，這是形成性評(píng)價(jià)的好方法（圖5）。利用Inspiration軟件繪制概念模型時(shí)，借助于多媒體功能，學(xué)生會(huì)努力創(chuàng)造更生動(dòng)、鮮艷的畫面，對(duì)認(rèn)知的情感自然流露而出。顯然，這不僅可以評(píng)價(jià)學(xué)習(xí)者對(duì)理性認(rèn)知的準(zhǔn)確性，且也可以評(píng)價(jià)其情感態(tài)度。

其次，概念模型也可以作為終結(jié)性評(píng)價(jià)的工具，它不同于傳統(tǒng)試題測(cè)試的優(yōu)點(diǎn)是為學(xué)生提供的考試結(jié)果，已不僅僅是一個(gè)簡(jiǎn)單抽象的分?jǐn)?shù)，而是學(xué)生頭腦中關(guān)于知識(shí)結(jié)構(gòu)的圖式化再現(xiàn)。下題是考試卷中設(shè)計(jì)的一道教學(xué)評(píng)價(jià)題：

概念模型是一種能夠比較直觀呈現(xiàn)概念間關(guān)系的圖式。請(qǐng)根據(jù)所學(xué)知識(shí)，補(bǔ)充填寫完成“遺傳信息的表達(dá)”相關(guān)的概念模型。

① ；② ；③ 。

④ ；⑤ ；⑥ 。

由于學(xué)生在知識(shí)儲(chǔ)備、學(xué)習(xí)能力、理解水平參差有別，建構(gòu)的概念模型自會(huì)存在差異，教師借助概念模型形式的試題可以判斷學(xué)生的水平和存在的問題，有效地幫助學(xué)生查缺補(bǔ)漏，且教師也能有針對(duì)性施教。

4 結(jié)語(yǔ)

教育心理學(xué)的研究表明，通過圖式表達(dá)信息，將內(nèi)隱的思維過程外顯化，有利于學(xué)生掌握學(xué)習(xí)方法，學(xué)會(huì)思考和解決問題。運(yùn)用Inspiration軟件建構(gòu)高中生物概念模型正是一種可視化學(xué)習(xí)，它對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)的影響可以體現(xiàn)在如下方面。

① 外顯思維過程：展示學(xué)生思維過程，顯示如何組織和構(gòu)建知識(shí)間聯(lián)系。

② 深化概念理解：引導(dǎo)學(xué)生用自己喜歡的語(yǔ)言形式表達(dá)所理解的知識(shí)。

③ 統(tǒng)整新舊知識(shí)：理清新舊知識(shí)的關(guān)聯(lián)和區(qū)別，將其統(tǒng)整合一。

④ 糾正認(rèn)知錯(cuò)誤：檢測(cè)對(duì)概念和概念間關(guān)系的認(rèn)知水平，發(fā)現(xiàn)并糾正錯(cuò)誤。

在建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論視野下，運(yùn)用inspiration軟件建構(gòu)概念模型還是學(xué)生學(xué)習(xí)的一種支架。

運(yùn)用Inspiration軟件建構(gòu)高中生物概念模型能帶來(lái)什么？應(yīng)該說(shuō)，一方面它為教師帶來(lái)了新的教學(xué)理念和手段策略，帶來(lái)了教學(xué)方法和技巧的變革以及教學(xué)內(nèi)容和過程的拓展；另一方面它能夠幫助學(xué)生開展有意義學(xué)習(xí)，提高反省認(rèn)知，最終使學(xué)生學(xué)會(huì)到會(huì)學(xué)。