數(shù)軸法：初中生物學(xué)概念教學(xué)的新轉(zhuǎn)向*
——以“植物、動(dòng)物類群及生物科學(xué)史”的教學(xué)為例

□劉波 李永團(tuán)

（1.銅川市耀州區(qū)孫塬中學(xué)，陜西 銅川 727100；2.陜西省碑林教師進(jìn)修學(xué)校，陜西 西安 710048）

《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》（以下簡稱“《課程標(biāo)準(zhǔn)》”）明確指出，關(guān)注生物科學(xué)史，圍繞重要概念來組織開展教學(xué)，能有效提高教學(xué)效益，有助于學(xué)生對(duì)知識(shí)的深入理解和遷移應(yīng)用?？梢哉f，生物科學(xué)史，本質(zhì)上就是一部概念史。但在以往的概念教學(xué)中，存在著重知識(shí)點(diǎn)輕概念體系、重結(jié)論輕過程，忽視學(xué)生科學(xué)思維能力的培養(yǎng)，以及重教法輕學(xué)法，忽視學(xué)生概念習(xí)得方法的培育等問題[1]。而數(shù)軸法在概念習(xí)得方法上有著整體視域，可以讓概念之間的銜接更具邏輯性，從而促進(jìn)學(xué)生對(duì)整體學(xué)科知識(shí)框架的把握。當(dāng)前，有關(guān)數(shù)軸法在生物學(xué)概念學(xué)習(xí)方法上的研究，還十分薄弱。以下，筆者以人教版義務(wù)教育教科書《生物學(xué)》七年級(jí)上冊(cè)及八年級(jí)上冊(cè)中的植物、動(dòng)物主要類群相關(guān)內(nèi)容，以及生物科學(xué)史的教學(xué)為例，探尋其在生物教學(xué)中的應(yīng)用路徑，以期為教師和學(xué)生進(jìn)行生物學(xué)概念的教和學(xué)提供參考。

一、“數(shù)軸法”的內(nèi)涵、價(jià)值

數(shù)軸法是人教版義務(wù)教育教科書《數(shù)學(xué)》七年級(jí)上冊(cè)的內(nèi)容，數(shù)軸的三要素“原點(diǎn)、方向、單位長度”學(xué)生已耳熟能詳。數(shù)軸上的點(diǎn)與實(shí)數(shù)具有一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。通過數(shù)軸能形象直觀地說明生物進(jìn)化的趨勢(shì)，以及事物發(fā)展的主要節(jié)點(diǎn)和方向。在單元設(shè)計(jì)中，原點(diǎn)表示原始生命，依照從左往右的順序，數(shù)值越大表示生物進(jìn)化的等級(jí)越高等。

從《課程標(biāo)準(zhǔn)》的要求看，教學(xué)內(nèi)容如何聚焦大概念很關(guān)鍵。數(shù)軸法這種數(shù)學(xué)思維，作為串聯(lián)植物、動(dòng)物類群教學(xué)問題的主線，讓生物學(xué)主要類群重要概念的教學(xué)，不會(huì)僅停留于知識(shí)點(diǎn)的識(shí)記上，還能讓學(xué)生感受到學(xué)科交叉的魅力，為學(xué)生的發(fā)散性思維提供有益的方向引導(dǎo)。

從教學(xué)材料與學(xué)習(xí)內(nèi)容的角度看，生物科學(xué)史閃耀著生物學(xué)家智慧的光芒，集中體現(xiàn)著科學(xué)家的工作方式，重演著生命科學(xué)的發(fā)展軌跡，彰顯著格物致知的科學(xué)精神。教師對(duì)于教學(xué)材料的精加工程度，決定著學(xué)生學(xué)習(xí)的方式與效率。當(dāng)前，生物科學(xué)史教學(xué)已走入?yún)桥e宏老師所說的“學(xué)生成為旁觀者、僅停留于真實(shí)的科學(xué)史、異化為布道場(chǎng)”等誤區(qū)，這與生物科學(xué)史教學(xué)方式不當(dāng)有較大關(guān)系。而跨學(xué)科教學(xué)，不僅能整合生物科學(xué)史的知識(shí)，也能有機(jī)融入其他學(xué)科的內(nèi)容，拓展學(xué)生對(duì)生物科學(xué)史的理解。因此，要讓生物科學(xué)史學(xué)習(xí)從淺層走向深度，跨學(xué)科思維不失為一種有效途徑。而通過數(shù)軸再現(xiàn)經(jīng)典科學(xué)實(shí)驗(yàn)，凸顯概念的形成過程，有助于學(xué)生科學(xué)探究能力的提升。

胡玉華老師認(rèn)為，從概念教學(xué)方法的角度看，重要概念體現(xiàn)著學(xué)科知識(shí)體系的主干，揭示了生物學(xué)科的核心內(nèi)容，反映著學(xué)科的本質(zhì)。而進(jìn)化思想以及結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)等學(xué)科思想，能夠促進(jìn)學(xué)生對(duì)于學(xué)科本質(zhì)的理解，使學(xué)生感受到學(xué)科的味道[2]80。指向概念轉(zhuǎn)變外部因素中的數(shù)學(xué)模型，可以高效地幫助學(xué)生理解科學(xué)概念，為學(xué)生理解進(jìn)化與適應(yīng)觀念打下良好基礎(chǔ)[3]。經(jīng)實(shí)踐檢驗(yàn)，采用數(shù)軸數(shù)學(xué)模型進(jìn)行教學(xué)，可以有效提升學(xué)生的類比推理能力、系統(tǒng)思維與邏輯思維能力[4]。

趙占良老師認(rèn)為，從美學(xué)與美育的角度看，生物學(xué)課程中外在的形式美與內(nèi)在的邏輯美統(tǒng)一起來，才是比較完整的科學(xué)美，這樣的美育才是比較完整的科學(xué)美的教育。數(shù)軸可以簡潔、明了、集中地表達(dá)生物學(xué)的多樣性內(nèi)在美，是把形式美和邏輯美聯(lián)結(jié)為整體美的一種實(shí)踐。

二、數(shù)軸法應(yīng)用例析

生命觀念是生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的本質(zhì)特征，具體體現(xiàn)為大概念，而核心概念則是大概念的下位概念。數(shù)軸可以化作時(shí)間軸，軸上閃動(dòng)著科學(xué)發(fā)展過程中科學(xué)家思維的火花。用好、用足這一生物科學(xué)史教學(xué)資源，對(duì)于達(dá)成核心概念起著至關(guān)重要的作用。概念學(xué)習(xí)進(jìn)階的數(shù)軸圖如圖1。

圖1 概念學(xué)習(xí)進(jìn)階的數(shù)軸圖

（一）數(shù)軸法上的動(dòng)物主要類群

針對(duì)動(dòng)物的主要類群，教材按照進(jìn)化的思路，從六類無脊椎動(dòng)物到五類脊椎動(dòng)物的進(jìn)化方向展開，每節(jié)內(nèi)容都彰顯了結(jié)構(gòu)與功能這種生命觀念素養(yǎng)，其中也滲透了進(jìn)化思想，但這種進(jìn)化思想往往表現(xiàn)為隱性的思想。如何讓隱性的學(xué)科思想成為顯性的觀念呢？這就需要教師創(chuàng)造性地處理好《課程標(biāo)準(zhǔn)》、教材、學(xué)情這三者之間的關(guān)系，其中，教法選擇尤為關(guān)鍵。

數(shù)軸圖具體的繪制方法是，原點(diǎn)表示原始生命，從左往右，按照不同時(shí)間節(jié)點(diǎn)由遠(yuǎn)到近排列，不同節(jié)點(diǎn)表示不同進(jìn)化的生物類群，箭頭表示生物進(jìn)化的方向。

在日常教學(xué)中，教師要精準(zhǔn)識(shí)別學(xué)生前科學(xué)概念中的錯(cuò)誤概念，按照循序漸進(jìn)的原則，從填圖型概念圖過渡到獨(dú)立繪制概念圖，再到創(chuàng)造性地運(yùn)用數(shù)軸呈現(xiàn)進(jìn)化過程。在繪制動(dòng)物主要類群概念圖（如圖2）的過程中，教師要發(fā)揮學(xué)生的主體作用，有效促進(jìn)學(xué)生對(duì)學(xué)科思想的領(lǐng)悟，實(shí)現(xiàn)“1+1>2”的效果。

（二）數(shù)軸法上的植物主要類群

同動(dòng)物主要類群一樣，也可將數(shù)軸概念圖應(yīng)用于植物主要類群的新授課和復(fù)習(xí)課教學(xué)中，如圖3。這樣，不僅能很好地展示知識(shí)間的邏輯結(jié)構(gòu)，也能創(chuàng)造性地促進(jìn)結(jié)構(gòu)與功能觀、進(jìn)化與適應(yīng)觀等生命觀念的建立。

圖2 動(dòng)物主要類群數(shù)軸圖

圖3 植物主要類群數(shù)軸圖

（三）數(shù)軸法上的生物科學(xué)史

不同于生物類群示例，在植物的光合作用、動(dòng)物的血液循環(huán)途徑的發(fā)現(xiàn)史中，也可以通過運(yùn)用時(shí)間軸進(jìn)行整體設(shè)計(jì)，以清晰直觀地展示進(jìn)程，幫助學(xué)生整體把握知識(shí)。原點(diǎn)表示原始生命，按照從左往右的順序，數(shù)軸上面顯示時(shí)間和代表人物，圖中僅展示在這個(gè)領(lǐng)域的主要貢獻(xiàn)，如圖4。

需要注意的是，生物科學(xué)史可采取融入式和再創(chuàng)造等教學(xué)策略，對(duì)于同一學(xué)段高低年級(jí)進(jìn)行梯度教學(xué)。隨著學(xué)生認(rèn)知水平的發(fā)展，也可讓他們根據(jù)自己原有的經(jīng)驗(yàn)，用自己的思維方式重新“創(chuàng)造出”有關(guān)生物學(xué)概念[5]。當(dāng)然，對(duì)于不同學(xué)段要關(guān)注探究要求，如初中階段關(guān)注科學(xué)探究的過程，高中學(xué)段關(guān)注探究的結(jié)論。

圖4 血液循環(huán)的數(shù)軸科學(xué)史

圖5 “兩棲動(dòng)物與爬行動(dòng)物”教學(xué)范式

三、數(shù)軸法：一節(jié)課的教學(xué)范式

關(guān)注核心素養(yǎng)，聚焦學(xué)科思想，圍繞學(xué)科核心概念的教學(xué)設(shè)計(jì)，是有高度、有靈魂的教學(xué)[2]82。生物學(xué)學(xué)科知識(shí)體系大多分散分布，知識(shí)結(jié)構(gòu)領(lǐng)域不夠良好。具體到日常教學(xué)中，多體現(xiàn)為事實(shí)性知識(shí)或現(xiàn)象。下面筆者以“兩棲動(dòng)物與爬行動(dòng)物”的教學(xué)為例，用數(shù)軸圖展示一節(jié)課的教學(xué)范式（參考安軍老師“一節(jié)教學(xué)范式”改編），關(guān)注基于證據(jù)的推測(cè)，用教學(xué)問題作為達(dá)成重要概念的主線，進(jìn)一步廓清概念間的聯(lián)系（如圖5）。學(xué)生可根據(jù)自己的認(rèn)知特點(diǎn)和思維方式，逐步繪制數(shù)軸概念圖，也可小組間比拼，以選出兼具創(chuàng)意性和科學(xué)性的最佳作品。

四、啟示與反思

（一）啟示

《課程標(biāo)準(zhǔn)》提出小而精的教學(xué)內(nèi)容，刪繁就簡，體現(xiàn)生物學(xué)學(xué)科主干知識(shí)框架。數(shù)軸法有著明晰、直觀、易懂、順序明確且呈線性關(guān)聯(lián)等特征[6]。數(shù)軸法能體現(xiàn)核心概念到大概念的演進(jìn)主線，便于學(xué)生了解不同類群的特征，有助于學(xué)生構(gòu)建結(jié)構(gòu)與功能觀、進(jìn)化與適應(yīng)觀等生物學(xué)核心觀念。而采用數(shù)軸模型教學(xué)生物科學(xué)史，可以使學(xué)生擺脫零散知識(shí)點(diǎn)的思維定式，更好地理解科學(xué)的本質(zhì)以及科學(xué)研究的思路和方法。因此，數(shù)軸法對(duì)于落實(shí)學(xué)科思想、構(gòu)建大概念、習(xí)得科學(xué)思維方法有較大的輔助作用，是落實(shí)生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的有力抓手。

（二）反思

數(shù)軸法是一種線性思維模型，因此，運(yùn)用數(shù)軸法進(jìn)行單元設(shè)計(jì)時(shí)需要注意兩點(diǎn)：其一，應(yīng)注意整套教材協(xié)同訓(xùn)練，尤其是知識(shí)點(diǎn)分布在不同單元、不同年級(jí)時(shí)，更要提前滲透數(shù)軸法；其二，不是所有學(xué)習(xí)內(nèi)容都適用數(shù)軸法，知識(shí)點(diǎn)間須體現(xiàn)進(jìn)化思想且重要概念之間應(yīng)存在線性聯(lián)系。當(dāng)然，不是所有課型（復(fù)習(xí)課和新授課除外）都適合運(yùn)用數(shù)軸法，應(yīng)注意學(xué)生概念學(xué)習(xí)方法的多樣化?！酲?/p>