基于科學(xué)方法的初中生物學(xué)概念建構(gòu)

朱毅鴻 卞楚晴

生物學(xué)概念是生物學(xué)課程內(nèi)容的基本組成，是以生物學(xué)事實(shí)和現(xiàn)象為基礎(chǔ)，通過科學(xué)思維獲得的對生命本質(zhì)的認(rèn)識。學(xué)習(xí)生物學(xué)概念時(shí)需要豐富的、有代表性的事實(shí)支撐，事實(shí)和現(xiàn)象等信息的獲取，需要用到觀察、實(shí)驗(yàn)等基本的科學(xué)方法;對獲取的信息進(jìn)行思維加工形成科學(xué)概念，需要用到分析、比較、歸納、綜合、建模等科學(xué)思維方法。這些科學(xué)方法是建構(gòu)概念、訓(xùn)練思維能力的核心方法，因此，科學(xué)方法既是一種實(shí)踐活動，也是一種思維方式。下面以人教版八年級上冊中“真菌”一節(jié)為例，闡述運(yùn)用觀察和實(shí)驗(yàn)、分析和比較、歸納和綜合、模型與建模等科學(xué)方法建構(gòu)生物學(xué)概念的具體做法。

1運(yùn)用實(shí)驗(yàn)觀察建立概念，強(qiáng)化基本的科學(xué)方法

實(shí)驗(yàn)觀察是直接獲得事實(shí)證據(jù)的重要途徑，在此過程中學(xué)生親歷科學(xué)研究過程，學(xué)習(xí)基本的科學(xué)方法?！罢婢币还?jié)要求通過制作觀察臨時(shí)裝片，認(rèn)識酵母菌和青菌的形態(tài)結(jié)構(gòu)，初步建立“真菌的結(jié)構(gòu)”概念。由于真菌結(jié)構(gòu)微小，觀察時(shí)還需要用到高倍物鏡，而高倍物鏡的使用在初中生物實(shí)驗(yàn)中較少涉及，是教學(xué)難點(diǎn)之一。為突破難點(diǎn)，學(xué)生能夠通過實(shí)驗(yàn)觀察真正認(rèn)識酵母菌和青霉的形態(tài)結(jié)構(gòu)，教學(xué)時(shí)采用了以下方法。

1.1微課預(yù)學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)，熟練實(shí)驗(yàn)操作技能

課前，教師設(shè)計(jì)制作了“觀察酵母菌”和“觀察青霉”實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)微課，微課中有酵母菌培養(yǎng)液的配制、青霉的培養(yǎng)、臨時(shí)裝片的制作、光學(xué)顯微鏡高倍物鏡的使用方法等內(nèi)容，在微信中的打卡小程序中發(fā)布學(xué)習(xí)任務(wù)“觀看實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)的微課、完成相關(guān)問題”（圖1）。然后，布置學(xué)生自主預(yù)學(xué)微課，熟悉實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、方法和步驟后進(jìn)行打卡操作（圖2）。教師可以隨時(shí)查看學(xué)生打卡情況，還能對打卡內(nèi)容進(jìn)行評價(jià)。這樣，在實(shí)驗(yàn)課前，教師對學(xué)生的微課預(yù)學(xué)情況有了充分了解，課堂上只要簡單反饋?zhàn)詫W(xué)情況，對學(xué)習(xí)中存在的典型問題進(jìn)行解析，就可以讓學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作和觀察，大大節(jié)省了講解實(shí)驗(yàn)方法、步驟和實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)的時(shí)間，使學(xué)生有充足的時(shí)間制作臨時(shí)裝片并觀察，學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作技能得到了充分的訓(xùn)練。

學(xué)生使用顯微鏡對比觀察自己制作的臨時(shí)裝片和教師準(zhǔn)備的永久裝片，熟練了實(shí)驗(yàn)操作技能，獲得了酵母菌和青霉的形態(tài)結(jié)構(gòu)的直觀信息，為初步建立概念奠定了基礎(chǔ)。

1.2問題引導(dǎo)有效觀察，形成科學(xué)觀察方法

青霉的結(jié)構(gòu)微小，學(xué)生自行觀察往往帶有盲目性，教師利用觀察青霉實(shí)驗(yàn)記錄表（表1）中設(shè)置的問題，引導(dǎo)學(xué)生開展有序觀察：先用肉眼觀察青霉的菌落，然后用放大鏡觀察菌絲和孢子，再用顯微鏡觀察青霉的顯微結(jié)構(gòu)。這樣使學(xué)生不僅對青霉的形態(tài)結(jié)構(gòu)有了更加直觀的認(rèn)識，同時(shí)學(xué)習(xí)了科學(xué)觀察方法。借助不同的工具不僅可以觀察到的事物的細(xì)節(jié)，有序的觀察還使觀察更全面更準(zhǔn)確，體現(xiàn)了從宏觀到微觀、從整體到局部的科學(xué)觀察方法;觀察結(jié)果是對觀察的現(xiàn)象進(jìn)行初步的分析和判斷后記錄下來的，為自主構(gòu)建科學(xué)概念提供了可能。

教師設(shè)置問題情境，引導(dǎo)學(xué)生展開有效觀察，避免觀察淺嘗輒止，幫助學(xué)生提取出建構(gòu)概念所需要的有效信息，促進(jìn)煅煉科學(xué)正確的觀察方法。

2運(yùn)用模型與建模理解概念，訓(xùn)練科學(xué)思維方法

模型與建模是新修訂高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)中明確要求必須掌握的科學(xué)方法之一。運(yùn)用模型方法建構(gòu)重要概念，使學(xué)生在動手動腦過程中經(jīng)歷主動建構(gòu)的過程，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，在模型的修正、使用和完善過程中，訓(xùn)練其科學(xué)思維。

2.1物理模型修正，學(xué)習(xí)分析比較等科學(xué)思維方法

物理模型是指以實(shí)物或圖像形式直觀地表達(dá)認(rèn)知對象特征的模型，具有一定的形態(tài)結(jié)構(gòu)特征，是對原型的純化和簡化。

課前，教師組織學(xué)生用超輕黏土或其他材料制作酵母菌、青霉、細(xì)菌的物理模型（圖3）。課上，運(yùn)用希沃授課助手手機(jī)同屏互動功能，將學(xué)生作品拍照上傳到白板上進(jìn)行展示，在白板上放大處理、點(diǎn)評糾錯(cuò)、及時(shí)批注。由于之前的觀察實(shí)驗(yàn)，學(xué)生己初步建立了真菌結(jié)構(gòu)概念，因而能夠?qū)φn前制作的模型進(jìn)行評價(jià)和修正。例如，青霉模型①制作了青霉直立菌絲頂端掃帚狀排列的孢子，但缺少營養(yǎng)菌絲，建議學(xué)生課后完善模型，并將模型用細(xì)鐵絲固定在泡沫板上（圖3③），既模擬青霉在培養(yǎng)基上的生長，又方便模型展示。青霉模型②的外形上與青霉形態(tài)較為相似，有營養(yǎng)菌絲和直立菌絲以及掃帚狀排列的孢子，但真菌是多細(xì)胞、有真正的細(xì)胞核模型上沒有體現(xiàn)，建議學(xué)生課后將菌絲的橫隔表現(xiàn)出來說明真菌是多細(xì)胞生物，并用其他顏色的黏土制作細(xì)胞核粘上，完善青霉模型。學(xué)生通過模型的修正和完善，強(qiáng)化了概念的理解，訓(xùn)練了科學(xué)思維方法。

教師利用學(xué)生制作的細(xì)菌模型（圖4），與青霉模型進(jìn)行比較，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)細(xì)菌與真菌結(jié)構(gòu)的不同——細(xì)菌只有DNA集中的區(qū)域，沒有成形的細(xì)胞核，從而理解原核生物和真核生物這一重要概念。學(xué)生通過比較掌握相關(guān)概念間的聯(lián)系和區(qū)別，深化對概念的理解，發(fā)展科學(xué)思維品質(zhì)。

制作物理模型不是堆積木、拼七巧板，也不是要培養(yǎng)做模型的工匠，要避免簡單呈現(xiàn)展示模型、評價(jià)模型與原型間細(xì)節(jié)的像與不像上，這背離了模型方法簡化、抽象出事物本質(zhì)的要旨。模型教學(xué)的重點(diǎn)要放在引導(dǎo)學(xué)生通過觀察、制作模型，在動手動腦中激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，再運(yùn)用分析、比較、類比、聯(lián)想等科學(xué)思維方法從模型中獲取有效信息，用模型解釋現(xiàn)象和過程，形成對概念的正確理解，實(shí)現(xiàn)行為與思維的統(tǒng)一。

2.2概念模型建構(gòu)，學(xué)習(xí)歸納綜合等科學(xué)思維方法

概念模型是指以文字、圖解等形式抽象概括出事物本質(zhì)特征的模型，如思維導(dǎo)圖、概念圖、流程圖，不僅可以加深學(xué)生對概念的理解和記憶，還有助于理清概念之間的關(guān)系。

本節(jié)教學(xué)中，教師引導(dǎo)學(xué)生用思維導(dǎo)圖建構(gòu)概念模型（圖5）。以“真菌”為中心詞，運(yùn)用分類、概括、歸納和綜合等科學(xué)思維方法對相關(guān)的信息進(jìn)行加工整理，通過線條、顏色、關(guān)鍵字等，將零散的事實(shí)性知識串聯(lián)起來，建構(gòu)思維導(dǎo)圖，強(qiáng)化概念學(xué)習(xí)的結(jié)構(gòu)性和系統(tǒng)性。由于思維導(dǎo)圖概念模型色彩豐富，關(guān)鍵詞：簡潔，邏輯結(jié)構(gòu)清晰，加深了學(xué)生對概念的理解和記憶，實(shí)現(xiàn)知識的內(nèi)化，發(fā)展了科學(xué)思維。

人教版義務(wù)教育生物學(xué)教科書十分重視科學(xué)方法的學(xué)習(xí)，設(shè)計(jì)了專門的欄目介紹科學(xué)方法，突顯了科學(xué)方法的重要地位，并根據(jù)不同的教學(xué)內(nèi)容特點(diǎn)和學(xué)生認(rèn)知規(guī)律，循序漸進(jìn)地介紹了初中學(xué)生應(yīng)該學(xué)習(xí)的科學(xué)方法。科學(xué)方法的學(xué)習(xí)不能依靠記憶和背誦，或者機(jī)械的訓(xùn)練和生硬的灌輸，離開了實(shí)際的科學(xué)認(rèn)識活動和科學(xué)實(shí)踐活動，就無所謂科學(xué)方法。在基于科學(xué)方法建構(gòu)生物學(xué)概念過程中，學(xué)生可以通過實(shí)驗(yàn)、觀察等親身體驗(yàn)獲得生物學(xué)事實(shí)和現(xiàn)象的直接經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)過比較、歸納、分析、綜合、模型等科學(xué)思維方法，進(jìn)行有針對性的學(xué)習(xí)和訓(xùn)練，有意識地運(yùn)用和遷移，進(jìn)而理解和掌握科學(xué)方法。學(xué)生在經(jīng)歷概念的主動建構(gòu)過程中，獲得科學(xué)方法的訓(xùn)練，深化對概念的理解，完成科學(xué)概念的建構(gòu)，用習(xí)得的科學(xué)方法解決生活中和學(xué)習(xí)中遇到的問題，真正提高生物學(xué)學(xué)科素養(yǎng)。