基于模型建構(gòu)的初中生物概念教學(xué)研究

許明

《義務(wù)教育生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）》突出50個(gè)重要概念。生物學(xué)概念的形成并不是一個(gè)被動(dòng)的接受過程，而是一個(gè)主動(dòng)的建構(gòu)過程，是學(xué)生在自己的頭腦中建構(gòu)與發(fā)展生物學(xué)認(rèn)知的過程。對一些無法通過實(shí)驗(yàn)直接建構(gòu)的概念，模型不失為一種“四兩撥千斤“的方法。筆者帶領(lǐng)名師工作室成員進(jìn)行了相關(guān)的課題研究，現(xiàn)結(jié)合實(shí)踐談?wù)剬δＰ徒?gòu)概念教學(xué)的一些思考。

一、模型建構(gòu)的概念類型——哪些概念需要運(yùn)用模型來建構(gòu)

（一）第一類：微觀的概念

這類概念的原型是微觀的、肉眼看不到的、學(xué)生難以想象的。由科技館中的生物模型得到啟示，用橡皮泥、廢電線、毛線等制作“放大版”模型，舍棄其中非本質(zhì)的細(xì)節(jié)，以簡化、直觀、放大的形式建構(gòu)模型，呈現(xiàn)各種復(fù)雜結(jié)構(gòu)、功能和本質(zhì)，可以使微觀的概念清晰呈現(xiàn)。如細(xì)胞、神經(jīng)元、小腸絨毛等。

（二）第二類：宏觀的概念

這類概念的原型比較宏觀，學(xué)生難以整體把握，制作“縮小版”的模型，讓概念的各部分結(jié)構(gòu)得以整體呈現(xiàn)，便于學(xué)生發(fā)現(xiàn)、歸納、總結(jié)出實(shí)質(zhì)。如在“生態(tài)系統(tǒng)”的學(xué)習(xí)中讓學(xué)生制作“生態(tài)瓶”，通過“縮小版池塘生態(tài)系統(tǒng)”分析出生態(tài)系統(tǒng)的內(nèi)涵和外延。

（三）第三類：抽象、動(dòng)態(tài)的規(guī)律

此類概念教師常用的方法是圖解法，由于缺乏體驗(yàn)，理解起來有些費(fèi)勁。采用“理想模型法”，讓學(xué)生移一移、動(dòng)一動(dòng)、拼一拼、擺一擺，化靜為動(dòng)，化抽象為具體，在體驗(yàn)中構(gòu)建概念。如在“人類性別決定”中，可利用卡紙制作X、Y染色體圖像模型，通過“模擬生寶寶”活動(dòng)體驗(yàn)性別遺傳的過程。

（四）第四類：周期長的生命現(xiàn)象、自然現(xiàn)象

“自然選擇”“生物適應(yīng)環(huán)境”等過程是周期長、復(fù)雜的生命現(xiàn)象，這些概念中不變中有變，利用多媒體技術(shù)制作課件，學(xué)生真正動(dòng)手的機(jī)會還是不多，對概念的理解大多處于一知半解狀態(tài)，利用模型法讓學(xué)生模擬其過程，可讓其在玩中發(fā)現(xiàn)。

二、模型建構(gòu)概念的方法—— 如何運(yùn)用模型建構(gòu)概念

（一） 類比聯(lián)想法——揭示本質(zhì)，把握內(nèi)涵

類比是一種邏輯推理，它通過聯(lián)想，把異常的、未知的事物對比尋常的、熟悉的事物，然后依據(jù)兩個(gè)對象之間存在著的某種類似或相似的關(guān)系，從已知對象具有的某種性質(zhì)推出未知對象具有相應(yīng)的一種性質(zhì)。在教學(xué)中，我們可巧妙地創(chuàng)設(shè)屬性相同的模型制作活動(dòng)，讓學(xué)生體驗(yàn)，然后通過類比聯(lián)想的方法，將所得的體驗(yàn)與將學(xué)習(xí)的新概念聯(lián)系起來，構(gòu)建新的概念體系，使難點(diǎn)不攻而破。

案例1 制作五珠蛇（蛋白質(zhì)種類）教學(xué)片段

“紅紅藍(lán)黃綠、藍(lán)藍(lán)黃綠紅…… ”教室里學(xué)生交流著自己做好的一條條“蛇”。

在學(xué)習(xí)“蛋白質(zhì)種類”時(shí)，老師神秘地拿出了許多紅、綠、藍(lán)、黃四種顏色能拼裝的珠子，讓學(xué)生用任意五顆珠子拼裝“蛇”。

兩分鐘后，學(xué)生驚奇地發(fā)現(xiàn)：拼裝出來的“五珠蛇”各不相同。

“假如給你足夠的時(shí)間，你能制造出多少種五珠蛇？”老師不失時(shí)機(jī)追問道。

“45=1024種?！睂W(xué)生很快計(jì)算出。

“有20種氨基酸能合成蛋白質(zhì)，假如每種蛋白質(zhì)是由200個(gè)氨基酸組成的，可能有多少種蛋白質(zhì)？”

“20200≈1.607×10260”

“實(shí)際上，蛋白質(zhì)不止由200個(gè)氨基酸組成，蛋白質(zhì)的種類是無止境的?！?/p>

……

在這個(gè)案例中，教師讓學(xué)生在拼裝“五珠蛇”的過程中去體驗(yàn)、觀察、計(jì)算、分析、類比、聯(lián)想、發(fā)現(xiàn)。將抽象的概念具體化、形象化。在生物教學(xué)中，借“模型”來構(gòu)建“概念體系”，采用類比聯(lián)想的方法，可起到化難為易、化抽象為具體、化腐朽為神奇的效果。

（二） 等效代替法—— 以熟代生，以簡代繁

當(dāng)生活中模型與概念原型的作用效果相同時(shí)，可以相互之間進(jìn)行等效替代，使概念理解變得簡單易懂。

案例2 模擬骨骼的作用

【活動(dòng)內(nèi)容】模擬骨骼的作用。

【活動(dòng)目的】通過傘的結(jié)構(gòu)和收放研究，體驗(yàn)人體骨骼的作用。

【材料用具】傘（如圖1）。

【活動(dòng)步驟】

①打開一把傘，傘面朝下放置，仔細(xì)觀察傘的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

②收起傘，體驗(yàn)在收傘過程中傘柄和傘架是如何折疊的。

③預(yù)測暴風(fēng)雨時(shí)，若使用一把沒有傘架的傘，會發(fā)生什么情況？

④推理：傘架的作用是什么？傘架和人體骨骼有哪些相似之處？又有哪些區(qū)別？

案例2中用學(xué)生熟悉的“傘”的結(jié)構(gòu)與人體骨骼進(jìn)行等效替換，這種等效替換“以熟代生”“以簡代繁”，讓學(xué)生更清晰地認(rèn)識和把握概念的內(nèi)涵，找到學(xué)習(xí)的途徑和方法。

（三）理想模型法—— 宏觀、微觀、概念的統(tǒng)一

理想模型法是以研究模型的方法來揭示概念的本質(zhì)，是一種以簡化直觀的方式來顯示復(fù)雜、微觀、抽象的生物過程的手段。讓學(xué)生在操作、觀察、想象、類比等過程中理解生物現(xiàn)象的本質(zhì)。其具體流程是：

初制模型 → 交流展示歸納總結(jié) → 精制理想模型 → 使用理想模型

案例3 人類的性別決定

【活動(dòng)內(nèi)容】模擬人類性別遺傳的過程。

【方法步驟】

1.初制模型

課前布置實(shí)踐課題，自己選擇材料制作男女體細(xì)胞性染色體模型。

2.交流展示歸納總結(jié)

課堂伊始，由各組交流自己的制作成果：有乒乓球的、有橡皮泥的……并說明制作的理由，從中發(fā)現(xiàn)男女體細(xì)胞性染色體的不同。

3.精制理想模型

組織學(xué)生用剪刀在卡紙中剪出多個(gè)X、Y染色體備用，并擺弄、拼裝出男女體細(xì)胞性染色體的“理想模型”（如圖2）。

4.使用理想模型

（1）“理想模型”使用一——模擬生寶寶

①準(zhǔn)備2個(gè)紙盒，標(biāo)上標(biāo)簽父親、母親，“父親”紙盒中放入剪下的X、Y染色體各一個(gè)，“母親”紙盒中放入剪下的兩個(gè)X染色體。

②兩人一小組，各代表父親、母親，在相應(yīng)的紙盒中各隨機(jī)抽取一染色體，判斷“寶寶”的性別，重復(fù)10次，從中發(fā)現(xiàn)生男生女是由父親提供的染色體決定的。

③統(tǒng)計(jì)全班的“寶寶”性別，發(fā)現(xiàn)生男生女比例相等。

（2）“理想模型”使用二——構(gòu)建遺傳圖解

利用剪下的多個(gè)X、Y染色體構(gòu)建遺傳圖解，實(shí)現(xiàn)由現(xiàn)象到本質(zhì)、感性到理性的升華。

在案例3中，從學(xué)生對微觀生物世界的好奇入手，與學(xué)生一起制作男女體細(xì)胞性染色體模型，再以這些“理想模型”為媒介，在一次次“觀察”“想象”“擺弄”“拆分”“組合”等活動(dòng)中將研究深入，幫助學(xué)生輕松揭示概念本質(zhì)。

（四）具象分析法—— 原型的 “再現(xiàn)”

具象分析法是指把概念的原型按比例放大或縮小制成模型，通過模型的研究來發(fā)現(xiàn)概念本質(zhì)的方法。

案例4 瓶子里的世界

【活動(dòng)內(nèi)容】模擬生態(tài)系統(tǒng)。

【活動(dòng)目的】通過“陸地生態(tài)系統(tǒng)”模型研究，認(rèn)識生態(tài)系統(tǒng)的組成和成分。

【材料用具】剪好洗凈的透明廢棄大號飲料瓶、碎石、木炭、 泥土、苔蘚、植物、塑料匙、透明保鮮膜、大橡皮筋。

【活動(dòng)步驟】

1. 建立模型

課前1周制作“陸地生態(tài)系統(tǒng)”，方案如下（如圖3）：

（1）將碎石鋪在剪好洗凈的透明廢棄大號飲料瓶底部，撒上一兩勺木炭，在碎石和木炭上鋪上厚厚的泥土，壓實(shí)。

（2）種上兩株植物，將植物莖周圍松散的泥土拍實(shí)，用水澆直到碎石層被水分浸濕。

（3）將苔蘚覆蓋在泥土上，包括植物莖的周圍，澆少量的水，放入兩條蟲子。

（4）用保鮮膜和橡皮筋把生態(tài)瓶裹起來，放在明亮的地方，避免陽光直射。

2. 觀察分析

將制作的生態(tài)系統(tǒng)模型中所有生物因素和非生物因素列舉出來。

3. 對照預(yù)測

制作多個(gè)相似的生態(tài)瓶，變化其中的動(dòng)植物數(shù)量，觀察現(xiàn)象的不同，預(yù)測各成分在生態(tài)系統(tǒng)中的作用。

用具象分析法建構(gòu)概念，將概念的原型通過放大或縮小的形式“重現(xiàn)”在學(xué)生面前，便于學(xué)生進(jìn)行細(xì)致的觀察研究；同時(shí)變“靜” 為“動(dòng)”，在模型的制作過程中更好地認(rèn)識原型。

（五） 抽象分析法 —— 撥開云霧見青天

生物學(xué)中有些概念很“迷糊”，學(xué)生學(xué)起來會感到比較迷茫，思維受阻，這時(shí)，變具體的概念原型為抽象的數(shù)學(xué)模型或概念模型，會讓學(xué)生茅塞頓開。

案例5 擺弄出的精彩（生態(tài)系統(tǒng)具有一定調(diào)節(jié)能力）教學(xué)片段

“原來生態(tài)系統(tǒng)還能進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)……”教室里學(xué)生頓悟道。

在“生態(tài)系統(tǒng)具有一定的自我調(diào)節(jié)能力”這一概念的教學(xué)中，筆者呈現(xiàn)了最簡單的“草原生態(tài)系統(tǒng)”，引出話題：今年風(fēng)調(diào)雨順，草地長得特別好，老鼠會無節(jié)制增加嗎？老鷹數(shù)量又會怎樣變化？

活動(dòng)1：組織學(xué)生構(gòu)建草、鼠、鷹數(shù)量變化的概念模型（如表1）。

活動(dòng)2：根據(jù)概念模型，組織學(xué)生利用白磁板、彩色磁鐵進(jìn)一步構(gòu)建草、鼠、鷹數(shù)量變化的數(shù)學(xué)模型，經(jīng)過擺弄、交流、糾正、重?cái)[后一下子變得簡單了，學(xué)生很快發(fā)現(xiàn)了規(guī)律（如圖4）。

案例5中，用抽象的數(shù)學(xué)模型建構(gòu)具體的生物概念，使三種生物數(shù)量的發(fā)展趨勢得以清晰呈現(xiàn)。運(yùn)用抽象分析法，將概念抽象成概念模型或數(shù)學(xué)模型，有助于更清晰地把握生物現(xiàn)象的狀態(tài)變化，預(yù)測發(fā)展的趨勢，有助于打破常規(guī)，進(jìn)入新的創(chuàng)造性學(xué)習(xí)的境地。

三、模型建構(gòu)概念的原則——模型建構(gòu)概念要注意什么

（一）主動(dòng)建構(gòu)原則

“我聽見了，就忘記了；我看見了，就領(lǐng)會了；我做過了，就理解了?！边@是美國華盛頓大學(xué)的一個(gè)條幅，它表明親身實(shí)踐的重要性。在模型建構(gòu)概念中，要引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)建構(gòu)模型，讓建構(gòu)實(shí)踐與概念探究相結(jié)合。而那些為了節(jié)省時(shí)間，將模型直接呈現(xiàn)在學(xué)生面前，這種“記模型”的教學(xué)行為不僅不利于概念的形成，而且還加重了學(xué)生的負(fù)擔(dān)。

（二）有利于理解原則

模型方法的使用要有利于學(xué)生理解概念。要根據(jù)概念類型合理地利用不同的方法最有效地建構(gòu)概念，讓學(xué)生通過觀察、制作、分析、歸納、抽象、概括、類比、聯(lián)想等獲取信息，達(dá)到對概念最高效的理解與構(gòu)建。

（三）簡易、簡化原則

模型的制作要遵循簡易性原則，要考慮到可操作性，盡量選用易獲取的材料，如價(jià)格便宜的材料、生活中常用的材料、廢棄的材料等。

模型的設(shè)計(jì)還應(yīng)遵循簡化性原則，簡單又有針對性，保證課堂教學(xué)時(shí)間和教學(xué)準(zhǔn)備的支出最經(jīng)濟(jì)、最有效。過于繁雜的模型課堂達(dá)成度會大大下降，學(xué)生的興趣會降低。

在模型建構(gòu)概念的過程中，在形式上是學(xué)生積極參與，實(shí)質(zhì)上是思維的積極參與。在師生共同建構(gòu)的過程中，為成功搭建了階梯，通過分析、比較、歸納、判斷和推理等思維活動(dòng)，促進(jìn)了概念的正確建構(gòu)與思維能力的培養(yǎng)。