樣例及其在生物學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用

陶忠華

(浙江省富陽中學(xué) 杭州 311400)

樣例是一種能夠例說或表征抽象概念或原理的相對具體的實(shí)體，能展示同一類事物性質(zhì)或值得模仿的榜樣[1]。從生物學(xué)科教學(xué)的角度，生物學(xué)樣例是生物學(xué)問題解決過程的展示，其中蘊(yùn)含著問題解決的方法與策略(如“基因的分離定律”)；或是生物學(xué)概念、原理的一個(gè)具體“實(shí)體”對象(如“酶”)。因此，樣例可以作為教學(xué)載體向?qū)W生呈現(xiàn)科學(xué)家的問題解決過程或概念的形成過程。學(xué)生通過樣例學(xué)習(xí)，主動建構(gòu)生物學(xué)認(rèn)知圖式。本文分析總結(jié)了生物學(xué)教學(xué)中，如何有效利用樣例，提高學(xué)生對生物學(xué)概念的建構(gòu)、理解與遷移，以發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng)。

1 高中生物學(xué)教材中的樣例資源分析

高中生物教材中的樣例可以根據(jù)樣例結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)的完整性、樣例設(shè)置的目的、樣例的表征形式進(jìn)行分類。

1.1 根據(jù)樣例結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)的完整性 根據(jù)樣例結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)可分為完整型與留白型兩類。

1.1.1 完整型樣例 樣例完整地呈現(xiàn)了問題解決的過程或概念的內(nèi)涵與外延。例如“基因突變”，教材完整地呈現(xiàn)了基因突變的概念、類型、特點(diǎn)、誘發(fā)因素以及基因突變的機(jī)理等。

1.1.2 留白型樣例 樣例設(shè)計(jì)時(shí)，為激發(fā)學(xué)生的思考，促進(jìn)對概念的理解，人為地缺少某些要素或步驟。例如“探究環(huán)境因素對光合作用的影響”活動的樣例，教材只是為學(xué)生展現(xiàn)了科學(xué)研究的框架，但具體內(nèi)容多處留白：①僅列出影響光合作用的環(huán)境因素；②讓學(xué)生自主進(jìn)行假設(shè)并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)；③設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表；④預(yù)測實(shí)驗(yàn)結(jié)果；⑤根據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

1.2 根據(jù)樣例設(shè)置的目的 根據(jù)樣例設(shè)置的目的可分為三類。

1.2.1 概念型樣例 樣例的目的是為了促進(jìn)學(xué)生對概念、原理的理解與建構(gòu)。例如“細(xì)胞全能性”的概念，教材使用了植物細(xì)胞的全能性與動物體細(xì)胞不表現(xiàn)出全能性的正反樣例；說明“蛋白質(zhì)”的概念時(shí)，結(jié)合學(xué)生的生活經(jīng)驗(yàn)(頭發(fā)、指甲)，使抽象概念“實(shí)體”化。

1.2.2 問題解決型樣例 樣例展示了科學(xué)家的問題解決思路與過程，使學(xué)生能夠從樣例中獲取問題解決的策略與方法。例如“基因的分離定律”，教材詳細(xì)地呈現(xiàn)了性狀是如何遺傳的問題以及科學(xué)家如何進(jìn)行問題解決的思路。

1.2.3 實(shí)踐操作型樣例 樣例的目的是要求學(xué)生能掌握具體的實(shí)踐技能。樣例通常設(shè)置問題引發(fā)學(xué)生的自我解釋，使學(xué)生知道“怎么做”和“為什么要這樣做”。如“制作并觀察植物細(xì)胞有絲分裂的臨時(shí)裝片”等。

1.3 根據(jù)樣例的表征形式 根據(jù)樣例對科學(xué)研究結(jié)果或過程的表征形式可分為四類。

1.3.1 定義式樣例 用高度概括的語句陳述概念(往往以結(jié)論性語句的形式出現(xiàn))，然后輔以實(shí)例說明概念的內(nèi)涵。這種樣例因?yàn)槿鄙倭烁拍畹男纬蛇^程而容易造成學(xué)生對概念理解和建構(gòu)的困難，容易引起錯(cuò)誤的遷移，如“基因重組”。

1.3.2 實(shí)驗(yàn)型樣例 將概念的本質(zhì)屬性或問題解決的思維、方法蘊(yùn)含于實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生通過分析樣例而獲得概念或解決問題的方法與策略。例如，學(xué)生通過觀察分析“酶的催化效率”的演示實(shí)驗(yàn)而獲得酶具有高效性的知識，通過學(xué)習(xí)“DNA復(fù)制過程的同位素示蹤實(shí)驗(yàn)”而獲得DNA復(fù)制的特點(diǎn)、結(jié)果與研究DNA復(fù)制的科學(xué)方法。

1.3.3 科學(xué)史式樣例 將概念的形成與發(fā)展和科學(xué)家的觀念變化、思維方法等蘊(yùn)含于科學(xué)史中，學(xué)生通過樣例學(xué)習(xí)而進(jìn)行概念的建構(gòu)、觀念的形成與思維方法的習(xí)得，如“酶的發(fā)現(xiàn)” “生長素的發(fā)現(xiàn)”等。

1.3.4 模型樣例 模型是將研究對象的本質(zhì)屬性高度抽象化的思想客體，因?yàn)樗母叨群喖s化、直觀化而得以在生物學(xué)研究中廣泛應(yīng)用，如細(xì)胞結(jié)構(gòu)的模式圖、光合作用過程圖等直觀化的圖例，溫度、pH對酶作用的影響曲線、光強(qiáng)度對光合速率的影響曲線、種群數(shù)量的增長曲線等高度簡約化的數(shù)學(xué)模型。

2 利用樣例進(jìn)行教學(xué)的策略

在生物學(xué)課堂教學(xué)中，教師要根據(jù)學(xué)生的知識經(jīng)驗(yàn)與認(rèn)知特點(diǎn)，對教材樣例進(jìn)行補(bǔ)充或教學(xué)方法的邏輯修飾，促進(jìn)學(xué)生認(rèn)知圖式的發(fā)展。

2.1 對復(fù)雜樣例進(jìn)行有機(jī)拆分，并設(shè)立子目標(biāo) 對于復(fù)雜樣例(如“基因的表達(dá)”)，學(xué)生學(xué)習(xí)時(shí)會產(chǎn)生較高的認(rèn)知負(fù)荷。教師需要拆分樣例，對子樣例設(shè)立子目標(biāo)，幫助學(xué)生理解樣例。具體策略分三個(gè)階段：①總體呈現(xiàn)樣例框架，使學(xué)生形成完整的簡單圖式；②分解樣例，并對相對獨(dú)立的子樣例設(shè)立子目標(biāo)，使學(xué)生能明確自己學(xué)習(xí)的進(jìn)程；③完善豐滿樣例，促進(jìn)學(xué)生圖式的建構(gòu)與完善。

例如，在“基因的分離定律”的樣例學(xué)習(xí)中，可以先簡要呈現(xiàn)孟德爾的科學(xué)研究程序(或者問題解決思路)：實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象(問題的提出)→形成假設(shè)(解釋現(xiàn)象)→驗(yàn)證假設(shè)(測交)→得出結(jié)論。根據(jù)科學(xué)研究程序，將其分解為幾個(gè)子樣例，并設(shè)立子目標(biāo)，當(dāng)學(xué)生掌握分離定律后，教師可讓學(xué)生補(bǔ)充完善樣例框架，促進(jìn)圖式的建構(gòu)與發(fā)展(圖1)。

圖1 “基因的分離定律”的樣例圖式

2.2 對樣例進(jìn)行留白處理 教材“探究環(huán)境因素對光合作用的影響”是一個(gè)經(jīng)典的留白型樣例。在留白處，學(xué)生能根據(jù)已有的知識經(jīng)驗(yàn)推測發(fā)生了什么或?qū)⒁l(fā)生什么。這提示教師在進(jìn)行其他類型的樣例教學(xué)時(shí)，也可以進(jìn)行留白處理。經(jīng)過留白處理的樣例能誘發(fā)學(xué)生產(chǎn)生自我解釋，充分發(fā)揮學(xué)生的主體意識。

例如，學(xué)習(xí)“基因的分離定律”時(shí)，教師對測交實(shí)驗(yàn)進(jìn)行留白，讓學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)完善科學(xué)研究；在學(xué)完肺炎雙球菌的活體細(xì)菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)后，對離體細(xì)菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)留白，給予學(xué)生充分思考的空間與機(jī)會。

2.3 對樣例添加附加說明 教材提供的樣例往往只呈現(xiàn)科學(xué)家的研究成果，沒有說明“科學(xué)家為什么會做這樣的研究”“科學(xué)家為什么要這樣做”的問題，使學(xué)生覺得科學(xué)研究或問題解決是“理想化”的，脫離了他們的生活實(shí)際。這會造成學(xué)習(xí)與生活的割裂，難以讓學(xué)生感受到學(xué)習(xí)的樂趣與意義。因此，教師在樣例中有必要添加附加說明，使科學(xué)研究過程更符合學(xué)生的思維邏輯，更貼近學(xué)生的生活實(shí)際。

例如，在“核酸是遺傳物質(zhì)的證據(jù)”中，教材有兩個(gè)樣例：肺炎雙球菌的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)、噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)。教師通過添加附加說明，使兩者具有邏輯聯(lián)系：“為什么科學(xué)家要做噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)？”引導(dǎo)學(xué)生去發(fā)現(xiàn)肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)的不足之處，培養(yǎng)他們思維的嚴(yán)密性；“為什么科學(xué)家想到用噬菌體做實(shí)驗(yàn)材料？”使學(xué)生明白科學(xué)家選擇實(shí)驗(yàn)材料的依據(jù)不是憑運(yùn)氣。

2.4 對樣例進(jìn)行多角度、多方式的表征 教材中樣例的表征方式十分豐富：有曲線圖(如光強(qiáng)度對光合速率的影響曲線圖)、圓餅圖(如細(xì)胞周期示意圖)、表格(如核酸分子的組成)、概念圖(如脫氧核苷酸的組成)、實(shí)物模式圖(如動物有絲分裂示意圖)、文字?jǐn)⑹?如基因突變)、抽象符號表征(如用○□△代表氨基酸的不同種類)等。教材通常采用2～3種方式來表征概念，促進(jìn)學(xué)生對知識的理解和遷移。另外，教材還采用多角度的表征：對結(jié)果的表征(如細(xì)胞膜的流動鑲嵌模型)、對過程的表征(如傘藻的實(shí)驗(yàn))、對科學(xué)方法的表征(如DNA復(fù)制過程的同位素示蹤實(shí)驗(yàn))。

教師需要結(jié)合知識的特點(diǎn)和學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，選擇合適的表征方式，多角度地開展課堂教學(xué)。例如教材用文字?jǐn)⑹龊蛨D示來表征“基因重組”這個(gè)概念，但學(xué)生感覺很難理解。此時(shí)，教師可以通過增加圖示來表征“基因重組”的發(fā)生階段，也可以通過舉多個(gè)正例和反例，讓學(xué)生分析歸納“基因重組”的本質(zhì)屬性(圖2)。第①例蘊(yùn)含了“基因重組”的本質(zhì)屬性，第②例為反例。

圖2 “基因重組”圖例

3 關(guān)于樣例教學(xué)的幾點(diǎn)建議

3.1 關(guān)于樣例設(shè)計(jì)的情境性 教師在設(shè)計(jì)樣例時(shí)要結(jié)合學(xué)生的生活經(jīng)驗(yàn)，讓學(xué)生體驗(yàn)知識學(xué)習(xí)的樂趣和價(jià)值。例如，學(xué)習(xí)“溫度對酶活性的影響”時(shí)，教師可以用冰水、溫水、沸水處理加酶洗衣粉，讓學(xué)生觀察這三種條件下的洗滌效率與效果。

3.2 關(guān)于樣例的變異性 教師呈現(xiàn)的樣例在學(xué)生的接受能力范圍內(nèi)要有一定的變異性。這有利于學(xué)生歸納樣例中所蘊(yùn)含的知識、原理與方法。例如，在學(xué)習(xí)“自由組合定律”時(shí)，對于F2代的性狀分離比，可以用數(shù)據(jù)、表格、圓餅圖、柱狀圖等方式表示讓學(xué)生分析；也可以通過設(shè)置動、植物育種的樣例讓學(xué)生應(yīng)用遷移；或讓學(xué)生分析一些人類遺傳病的遺傳。

3.3 關(guān)于樣例學(xué)習(xí)的鞏固 在生物學(xué)教學(xué)中，一個(gè)樣例配以一個(gè)習(xí)題或習(xí)題中穿插樣例的課堂要比一堆樣例后接一堆練習(xí)的課堂有更好的教學(xué)效果。如學(xué)生在學(xué)習(xí)DNA半保留復(fù)制的科學(xué)研究方法——同位素示蹤法后，教師可立即設(shè)計(jì)問題情境：例如，如何確定分泌蛋白的合成與分泌依次經(jīng)過了哪些細(xì)胞結(jié)構(gòu)？隨后開始后面內(nèi)容的學(xué)習(xí)。