淺析支架式教學(xué)法在高中生物模型構(gòu)建過(guò)程中的融合與運(yùn)用

吳玉章 張亮 韓擋麗

摘? 要：探討如何將基于建構(gòu)主義和最近發(fā)展區(qū)理論的支架式教學(xué)法融入高中生物模型建構(gòu)教學(xué)活動(dòng)，有效地提高高中生物教學(xué)中模型建構(gòu)的有效性和普及性，促進(jìn)落實(shí)學(xué)科核心素養(yǎng)如科學(xué)思維的形成，并切實(shí)提高學(xué)生認(rèn)識(shí)事物、解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

關(guān)鍵詞：高中生物? 支架式教學(xué)法? 模型構(gòu)建? 學(xué)科核心素養(yǎng)

中圖分類號(hào)：G633.91? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：C? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1672-1578（2020）01-0122-02

2017版人教社高中生物新課標(biāo)已將模型與建模列為學(xué)生認(rèn)識(shí)事物解決實(shí)際問(wèn)題的一項(xiàng)重要科學(xué)思維和能力[1]。教師需要在教學(xué)中通過(guò)引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行模型建構(gòu)活動(dòng)來(lái)發(fā)展學(xué)生的這一科學(xué)思維和能力。高中生物課程中涉及到模型與建模的內(nèi)容較多，但較微觀、抽象，學(xué)生學(xué)習(xí)起來(lái)比較困難，不利于模型的分析與建構(gòu)。支架式教學(xué)法基于“最近發(fā)展區(qū)”和“建構(gòu)主義”理論，站在學(xué)生角度，以學(xué)生為主體，教師可充分地運(yùn)用情境、協(xié)作、對(duì)話等要素，積極調(diào)動(dòng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，構(gòu)建自己的知識(shí)體系，最終促使學(xué)生成長(zhǎng)為獨(dú)立的學(xué)習(xí)者[2]。因此，筆者在教學(xué)中嘗試搭建支架幫助學(xué)生構(gòu)建模型，降低模型建構(gòu)的難度，使學(xué)生對(duì)建模學(xué)習(xí)活動(dòng)不再畏難，使老師重視并主動(dòng)踐行模型與建模教學(xué)，順應(yīng)新教改的發(fā)展。

1? ?創(chuàng)設(shè)情境，準(zhǔn)備支架

在高中生物模型構(gòu)建的教學(xué)活動(dòng)中，如何讓學(xué)生對(duì)即將進(jìn)行的模型構(gòu)建活動(dòng)保持最大的熱情和興趣，最佳的方法莫過(guò)于讓學(xué)生置于特定的情境。該情境一定是在學(xué)生現(xiàn)有的知識(shí)和能力水平范圍內(nèi)所了解或熟知。創(chuàng)設(shè)的情境應(yīng)與學(xué)生生活存在一定的關(guān)系或與學(xué)生所向往或憧憬的事物有密切聯(lián)系，又或?qū)W(xué)生有較大的啟發(fā)或幫助。這樣的情境有助于學(xué)生點(diǎn)燃好奇心、引爆求知欲，進(jìn)而通過(guò)構(gòu)建模型，解決實(shí)際問(wèn)題。例如開(kāi)展構(gòu)建真核細(xì)胞三維模型，創(chuàng)設(shè)情境：為什么經(jīng)過(guò)臺(tái)盼藍(lán)染色后，活細(xì)胞不容易著色而死細(xì)胞著色？說(shuō)明細(xì)胞膜具有什么樣的功能？若提供塑料袋、普通布和彈力布作為制備細(xì)胞膜的材料，哪一種材料更能體現(xiàn)細(xì)胞膜的功能？構(gòu)建真核細(xì)胞有絲分裂過(guò)程中染色體及其DNA的數(shù)目變化模型，創(chuàng)設(shè)情境：真核細(xì)胞的有絲分裂猶如兩兄弟分家，細(xì)胞中的染色體及其DNA作為該家庭最重要的財(cái)富該如何進(jìn)行分配呢？請(qǐng)思考，親代細(xì)胞需要經(jīng)過(guò)怎樣的生理活動(dòng)既要保證兩個(gè)子細(xì)胞獲得均等的財(cái)富，同時(shí)又要保證子代細(xì)胞獲得的財(cái)富與親代細(xì)胞保持一致？構(gòu)建DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型則以富蘭克林和威爾金斯的科學(xué)故事作為情境，富蘭克林令人扼腕嘆息的命運(yùn)，使學(xué)生產(chǎn)生了強(qiáng)烈的共鳴，迸發(fā)出勵(lì)志獻(xiàn)身科學(xué)的熱情。提出問(wèn)題：DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)是怎樣構(gòu)建而成的？模擬制作DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型需要經(jīng)過(guò)哪些過(guò)程？等。

進(jìn)一步需要說(shuō)明的是，模型的構(gòu)建活動(dòng)是否需要?jiǎng)?chuàng)設(shè)情境，需要視學(xué)生的學(xué)習(xí)和掌握的基本知識(shí)情況而定，有的在課堂進(jìn)行模型建構(gòu)時(shí)及時(shí)導(dǎo)入情境，有的則需要在此前相關(guān)的學(xué)習(xí)內(nèi)容中創(chuàng)設(shè)情境。情境使學(xué)生對(duì)模型構(gòu)建活動(dòng)產(chǎn)生了思考和向往，利于模型構(gòu)建活動(dòng)的開(kāi)展和完成。

2? ?搭建支架，構(gòu)建模型

支架式教學(xué)最重要的內(nèi)容是依據(jù)學(xué)生現(xiàn)有的能力和知識(shí)水平，在最近發(fā)展區(qū)區(qū)間搭建支架，并最終運(yùn)用支架順利構(gòu)建模型。在支架式教學(xué)中，對(duì)于支架的種類，定義不一而足，常見(jiàn)的支架包括范例支架、問(wèn)題支架、建議支架、工具支架、實(shí)驗(yàn)支架等[3]。筆者在教學(xué)中以情境激發(fā)學(xué)生對(duì)模型建構(gòu)的興趣，然后在學(xué)生現(xiàn)有的知識(shí)能力水平和模型之間搭建各類支架，幫助學(xué)生跨越最近發(fā)展區(qū)，最終幫助學(xué)生順利構(gòu)建模型，并提高動(dòng)腦動(dòng)手能力。例如，在構(gòu)建生物膜流動(dòng)鑲嵌模型時(shí)，搭建工具支架如：錘子、釘子、鐵絲、蠟紙藥丸盒子、泡沫塑料等。建議支架如：選擇乒乓球和鐵絲制作磷脂分子模型、選擇泡沫和鐵絲制作蛋白分子模型，最終構(gòu)建生物膜流動(dòng)鑲嵌模型。在構(gòu)建減數(shù)分裂過(guò)程中染色體變化模型時(shí)，提供工具支架如：細(xì)胞減數(shù)分裂過(guò)程示意圖，提供概念支架包括：同源染色體、姐妹染色單體、四分體、聯(lián)會(huì)等。提出問(wèn)題支架如：①判斷初級(jí)精母細(xì)胞處于減一前期的依據(jù)是什么？同源染色體如何行動(dòng)？四分體是如何形成？②每一個(gè)四分體包括幾對(duì)同源染色體，含幾條染色體和幾條姐妹染色單體？③判斷初級(jí)精母（或卵母）細(xì)胞處于減一分裂中期的依據(jù)是什么？同源染色體如何行動(dòng)？四分體出現(xiàn)在細(xì)胞何處？④進(jìn)入減一后期，同源染色體怎樣行動(dòng)？四分體還存在嗎？建議支架如：剪下三個(gè)橢圓形紙板作為處于減一分裂前、中、后三個(gè)時(shí)期的三個(gè)初級(jí)精母細(xì)胞，并利用顏色不同的兩條橡皮泥構(gòu)建同源染色體模型、四分體模型;利用兩條不同顏色的橡皮泥在三個(gè)細(xì)胞中依次模擬四分體的形成、四分體的移動(dòng)、四分體解散等過(guò)程。在構(gòu)建體內(nèi)細(xì)胞通過(guò)內(nèi)環(huán)境與外界環(huán)境進(jìn)行物質(zhì)交換的模型時(shí)，先提供三個(gè)工具支架如：小腸絨毛吸收葡萄糖圖解、肺泡中氧氣與二氧化碳的交換過(guò)程圖解，尿液的形成過(guò)程圖解等。其次搭建問(wèn)題支架如：①消化系統(tǒng)由哪些消化器官組成？葡萄糖被小腸絨毛上皮細(xì)胞吸收后進(jìn)入毛細(xì)血管，需要穿越幾層膜？②來(lái)自空氣中的氧氣和人體產(chǎn)生的二氧化碳在肺泡進(jìn)行交換，氧氣由肺泡進(jìn)入毛細(xì)血管和血液中的二氧化碳進(jìn)入肺泡各自需要穿越幾層膜？③細(xì)胞代謝廢物如尿素又是如何借助于內(nèi)環(huán)境排出體外的？[4]④請(qǐng)你利用概念、方框和箭頭繪制出體內(nèi)細(xì)胞通過(guò)內(nèi)環(huán)境與外界環(huán)境進(jìn)行物質(zhì)交換的模型。有了以上支架的支撐和幫助，在教師的演示下，學(xué)生勝利地完成了模型的構(gòu)建。又如在構(gòu)建生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模型時(shí)，提供工具支架如池塘生態(tài)系統(tǒng)圖解，對(duì)該支架進(jìn)行問(wèn)題探究：①池塘中你熟知的動(dòng)物植物有哪些？②“大魚(yú)吃小魚(yú)、小魚(yú)吃蝦米”，表示由大魚(yú)、小魚(yú)和蝦米通過(guò)食物聯(lián)系形成的食物鏈，這樣的食物鏈在池塘中還有幾條？③有句成語(yǔ)叫“如魚(yú)得水”，水、空氣和光照對(duì)于這個(gè)生態(tài)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)是必不可少的嗎？④大魚(yú)、小魚(yú)、蝦米、藻的生存都離不開(kāi)物質(zhì)和能量，藻類是怎樣獲取物質(zhì)和能量的？大魚(yú)、小魚(yú)又是怎樣獲得物質(zhì)和能量的？⑤大魚(yú)、小魚(yú)、蝦米和水藻獲取物質(zhì)和能量的途徑方法一樣嗎？⑥請(qǐng)將池塘中的植食性魚(yú)、肉食性魚(yú)、雜食性魚(yú)、水藻、浮萍、蝦米、微生物和空氣、水按生產(chǎn)者、消費(fèi)者、分解者和非生物物質(zhì)和能量分類。⑦參照一般系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模式圖（又是一個(gè)支架），嘗試畫(huà)出生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型。最終，在解答上述問(wèn)題后，學(xué)生都能夠自主繪制出模型。

3? ?撤出支架，協(xié)作交流

學(xué)生構(gòu)建出模型以后，可以不再依賴于支架的作用，而是通過(guò)小組合作、展示與交流，對(duì)模型進(jìn)行進(jìn)一步的比較、修正和完善。在展示、交流與對(duì)話中，學(xué)生之間互相評(píng)價(jià)，教師提出問(wèn)題，引發(fā)學(xué)生思考，從而進(jìn)一步完善模型，形成建模的思維。例如，生物膜流動(dòng)鑲嵌模型在學(xué)生互相展示，交流與互評(píng)的環(huán)節(jié)，有同學(xué)提出糖蛋白如何制作的問(wèn)題？跨膜的蛋白分子如何體現(xiàn)？具有孔道的蛋白分子如何表現(xiàn)等問(wèn)題。促使各組學(xué)生對(duì)模型的不合理之處進(jìn)行修改，使模型更加完善。在構(gòu)建血糖平衡調(diào)節(jié)模型后，教師可進(jìn)一步做出針對(duì)胰島素和胰高血糖素的提問(wèn)。例如;①胰島素降低血糖的作用途徑有哪些？②胰島素的靶細(xì)胞主要有哪些？③胰島素是怎樣運(yùn)輸?shù)桨屑?xì)胞的？④靶細(xì)胞如何識(shí)別與接收胰島素？⑤胰島素參與細(xì)胞內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)嗎？⑥如何理解胰島素和胰高血糖素之間的拮抗作用關(guān)系？等。促進(jìn)學(xué)生思考，進(jìn)一步加深了對(duì)模型及其內(nèi)涵的理解。在構(gòu)建體液免疫和細(xì)胞免疫內(nèi)容模型時(shí)，請(qǐng)同學(xué)進(jìn)一步思考：①體液免疫和細(xì)胞免疫發(fā)揮免疫的物質(zhì)或結(jié)構(gòu)相同嗎？②體液免疫中產(chǎn)生抗體的細(xì)胞是什么細(xì)胞？細(xì)胞免疫中增殖分化出效應(yīng)T細(xì)胞的母細(xì)胞是什么細(xì)胞？③兩種免疫途徑針對(duì)的免疫對(duì)象有何不同？④在體液免疫中必要的細(xì)胞是哪種細(xì)胞？在細(xì)胞免疫中必要的細(xì)胞是又是哪種細(xì)胞？⑤什么是記憶細(xì)胞，它有什么作用？二次免疫是怎樣發(fā)生的？在系列的問(wèn)題思考后列表比較體液免疫和細(xì)胞免疫的區(qū)別與聯(lián)系，進(jìn)一步鞏固了模型，加深了對(duì)模型內(nèi)容的理解。

4? ?以新的支架檢驗(yàn)?zāi)Ｐ?，運(yùn)用模型

通過(guò)協(xié)作交流環(huán)節(jié)，學(xué)生構(gòu)建的模型在不斷修正和補(bǔ)充后已經(jīng)基本完成，但模型的構(gòu)建活動(dòng)并未結(jié)束。因?yàn)闃?gòu)建模型的目的最終是為了解決實(shí)際問(wèn)題，所以在模型建構(gòu)完成后，需要對(duì)模型進(jìn)行檢驗(yàn)。一般是運(yùn)用模型內(nèi)容和原理去解釋一些生物活動(dòng)現(xiàn)象，解答生物問(wèn)題。例如，運(yùn)用生物膜流動(dòng)鑲嵌模型解釋分泌蛋白的分泌、白細(xì)胞對(duì)病菌的吞噬、質(zhì)壁分離與復(fù)原過(guò)程中細(xì)胞膜的膨脹與收縮、糖蛋白在細(xì)胞間的信息交流中的作用等。運(yùn)用DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型解答DNA的復(fù)制、遺傳信息的存儲(chǔ)、基因與DNA的相互關(guān)系等問(wèn)題。構(gòu)建種群數(shù)量增長(zhǎng)J型模型和S型模型可以解釋蟲(chóng)害、鼠害泛濫成災(zāi)的問(wèn)題和提出蟲(chóng)害、鼠害的生物防治策略，也可以解釋漁業(yè)生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展的問(wèn)題等。構(gòu)建生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)模型則可以指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐，例如?；~(yú)塘生產(chǎn)模式、除草的目的，解答學(xué)生在涉及到能量傳遞效率的運(yùn)算等。只有學(xué)會(huì)構(gòu)建模型、完善模型、運(yùn)用模型，最終才能形成建模的科學(xué)思維和思想。

綜上所述，模型與建模既是一種科學(xué)思維和能力，也是學(xué)生進(jìn)行學(xué)習(xí)和教師進(jìn)行教學(xué)的有效方法。支架式教學(xué)法由于教學(xué)者在情境中通過(guò)一步一步的提供一些線索或暗示（支架），使學(xué)生攀援支架，順利構(gòu)建對(duì)新知識(shí)的理解，因而可有效降低學(xué)習(xí)難度。將支架式教學(xué)理論、方式和程序有選擇性地融入模型建構(gòu)教學(xué)活動(dòng)，可謂一舉多得，在提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性、改變教師教學(xué)方式、適應(yīng)新課改需要、落實(shí)生物學(xué)科核心素養(yǎng)都必將發(fā)揮重要作用。

參考文獻(xiàn)：

[1] 中華人民共和國(guó)教育部.普通高中生物課程標(biāo)準(zhǔn)（修訂稿）[M].北京：人民教育出版社，2017：7-8.

[2] 唐李銘.化學(xué)支架式教學(xué)設(shè)計(jì)的原則[J].中學(xué)生數(shù)理化（教與學(xué)），2011（12）：9-9.

[3] 王哲學(xué).郭承育等.化學(xué)支架式教學(xué)中搭建支架的策略[J]. 亞太教育，2015（11）：102-102.

[4] 王亞杰.利用歸納法理解“新陳代謝”[J].學(xué)科教育，2001（5）：38-39.