基于問題情境的生物學(xué)概念構(gòu)建和裂變實(shí)踐策略
——以“動(dòng)物的運(yùn)動(dòng)”一課為例

●徐光德，王愉鑫

學(xué)生生物學(xué)核心素養(yǎng)體現(xiàn)為學(xué)生在面對(duì)真實(shí)情境中的生物學(xué)問題時(shí)表現(xiàn)出的必備品格和關(guān)鍵能力[1]。而解決真實(shí)情境中的生物學(xué)問題，往往涉及多個(gè)概念的系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)與靈活應(yīng)用，這不僅需要學(xué)生系統(tǒng)化構(gòu)建生物學(xué)概念，更需要學(xué)生能夠裂變性地運(yùn)用生物學(xué)概念。

一、生物學(xué)概念構(gòu)建和裂變模型

科學(xué)概念的構(gòu)建是學(xué)生在前概念的基礎(chǔ)上，經(jīng)歷各種學(xué)習(xí)活動(dòng)，感知事實(shí)、尋找證據(jù)，再通過分析、綜合、抽象、概括，構(gòu)建起新的科學(xué)概念。整個(gè)過程，教師的角色是學(xué)習(xí)活動(dòng)的設(shè)計(jì)者、組織者，通過設(shè)計(jì)并組織各種學(xué)習(xí)活動(dòng)幫助學(xué)生感知事實(shí)、尋找證據(jù)、抽象概念[2]。生物學(xué)概念的裂變是指在一定情境下，為解決具體問題需要從大概念輻射向下涉及多個(gè)下位概念，這樣由上而下、由點(diǎn)到面，一觸聯(lián)動(dòng)，基于對(duì)概念的層級(jí)剖析與概念間的關(guān)聯(lián)與碰撞， 最終運(yùn)用多個(gè)相關(guān)概念解決真實(shí)情境中生物學(xué)議題的過程。因這個(gè)過程類似于物理學(xué)所描述的裂變反應(yīng)，故稱為概念的實(shí)踐性裂變。

新授課中，概念實(shí)踐性裂變的前提是概念構(gòu)建。在具體情境中裂變概念解決實(shí)際問題既是概念的遷移、應(yīng)用，也是概念的深度構(gòu)建過程。教學(xué)中，教師常常以實(shí)物、視頻、圖片、資料等形式引入一個(gè)核心問題，接著圍繞核心問題分解出多個(gè)子問題，設(shè)計(jì)并組織各種學(xué)習(xí)活動(dòng)以幫助學(xué)生構(gòu)建一系列的次位概念及事實(shí)性知識(shí)。之后，借助這些系統(tǒng)化的次位概念及事實(shí)性知識(shí)，幫助學(xué)生構(gòu)建本節(jié)課的重要概念。最后，再回歸問題情境，裂變概念、解決問題。同時(shí)，還可以引導(dǎo)學(xué)生裂變概念，解決延伸問題（如圖1 所示）。

圖1 新授課中概念構(gòu)建及裂變策略

二、生物學(xué)概念構(gòu)建及裂變實(shí)踐策略

筆者以“動(dòng)物的運(yùn)動(dòng)”這一課為例，談一談關(guān)于生物學(xué)概念的系統(tǒng)構(gòu)建及實(shí)踐性裂變策略。

（一）教材分析

本課選自人教版義務(wù)教育教科書《生物學(xué)》八年級(jí)上冊(cè)第五單元第二章第一節(jié)，內(nèi)容是在學(xué)生已經(jīng)知道動(dòng)物的運(yùn)動(dòng)方式多種多樣的基礎(chǔ)上，學(xué)習(xí)運(yùn)動(dòng)形成的原因。教學(xué)中，教師要幫助學(xué)生形成的重要概念是：動(dòng)物因逃避敵害、爭(zhēng)奪食物和棲息地、完成繁殖所進(jìn)行的運(yùn)動(dòng)， 是在神經(jīng)系統(tǒng)和內(nèi)分泌系統(tǒng)的調(diào)節(jié)下，由骨骼和肌肉共同完成的。

本節(jié)內(nèi)容也是繼學(xué)生在七年級(jí)下冊(cè)第四單元“生物圈中的人” 中學(xué)習(xí)了人體八大系統(tǒng)中的生殖、消化、循環(huán)、呼吸、泌尿、神經(jīng)、內(nèi)分泌等系統(tǒng)后的最后一個(gè)系統(tǒng)——運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的學(xué)習(xí)。所以本節(jié)課還需要幫助學(xué)生整合原有的概念，構(gòu)建起“人體各個(gè)系統(tǒng)相互聯(lián)系、相互協(xié)調(diào)，以完成生命活動(dòng)”這一重要概念[3]。

（二）設(shè)計(jì)思路

本課中，教師利用兔子的跳躍和人體廣播體操兩則視頻引入“運(yùn)動(dòng)是怎樣產(chǎn)生的”。接著，教師圍繞該問題情境設(shè)計(jì)、組織一系列學(xué)習(xí)活動(dòng)，幫助學(xué)生感知事實(shí)、尋找證據(jù)，構(gòu)建相關(guān)概念。之后，教師引導(dǎo)學(xué)生回歸問題情境，提取概念，解決真實(shí)問題，即概念的實(shí)踐性裂變。最后，再從家兔遷移到人體，用裂變概念分析廣播操中的屈肘、伸肘動(dòng)作（如圖2）。

圖2 “動(dòng)物的運(yùn)動(dòng)”設(shè)計(jì)思路

（三）教學(xué)流程

1．創(chuàng)設(shè)情境，引出課題

教師出示“家兔跳躍”和“廣播體操”兩則視頻后提出問題：家兔跳躍時(shí)，前肢如何運(yùn)動(dòng)？ 學(xué)生經(jīng)過觀察很快得出結(jié)論：起跳時(shí)收腿，落地時(shí)伸腿。教師邀請(qǐng)同學(xué)演示該動(dòng)作后追問：家兔如何完成這兩個(gè)動(dòng)作？ 在學(xué)生無法回答時(shí)，教師轉(zhuǎn)換問題：參與完成這一運(yùn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)有哪些？ 在教師引導(dǎo)下，最終聚焦到骨、關(guān)節(jié)、肌肉三部分結(jié)構(gòu)。

2.圍繞問題，構(gòu)建概念

教師提問：這三部分結(jié)構(gòu)該如何協(xié)調(diào)配合，完成運(yùn)動(dòng)呢？結(jié)合課前解剖好的家兔前肢，引導(dǎo)學(xué)生辨認(rèn)三部分結(jié)構(gòu)以及認(rèn)識(shí)它們的連接情況。通過觀察，學(xué)生很容易獲得骨與骨通過關(guān)節(jié)連接，肌肉（骨骼?。└街诠巧系仁聦?shí)性知識(shí)。

（1）骨

教師提問：家兔跳躍時(shí)，參與的前肢骨主要有哪些？ 學(xué)生對(duì)照教材上的家兔骨骼圖辨認(rèn)肱骨、尺骨、橈骨等。并結(jié)合人體骨骼圖，從家兔遷移到人體，辨認(rèn)人體主要的上肢骨。最后，教師補(bǔ)充尺骨和橈骨的判斷方法，從而幫助學(xué)生構(gòu)建起上肢骨包括肱骨、尺骨、橈骨等事實(shí)性知識(shí)。

（2）關(guān)節(jié)

教師提問：參與跳躍的前肢骨是如何連接的？結(jié)合實(shí)物使學(xué)生明確肩胛骨與肱骨通過肩關(guān)節(jié)相連，肱骨與尺骨、橈骨通過肘關(guān)節(jié)相連，并利用微課及模式圖幫助學(xué)生構(gòu)建關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)的概念。然后讓學(xué)生轉(zhuǎn)動(dòng)和拉動(dòng)家兔的肩關(guān)節(jié)，引導(dǎo)學(xué)生分析是哪些結(jié)構(gòu)決定了關(guān)節(jié)既牢固又靈活，從而強(qiáng)化了結(jié)構(gòu)與功能觀。

（3）肌肉

教師提問：?jiǎn)渭兊墓趋滥芡瓿蛇\(yùn)動(dòng)嗎？引導(dǎo)學(xué)生明確還需要骨骼肌提供動(dòng)力。然后，學(xué)生親歷解剖觀察骨骼肌的活動(dòng)， 構(gòu)建起骨骼肌結(jié)構(gòu)的概念以及骨骼肌連接在相鄰的骨上這一生物學(xué)事實(shí)。

3.回歸問題，裂變概念

教師布置任務(wù)：請(qǐng)大家利用所學(xué)概念，讓家兔的前肢動(dòng)起來。學(xué)生小組討論后上臺(tái)演示掰動(dòng)骨讓前肢動(dòng)起來和牽拉骨骼肌讓前肢動(dòng)起來的兩種方法。教師提問：哪種方法正確？ 這時(shí)有學(xué)生分析到：運(yùn)動(dòng)中提供動(dòng)力的是骨骼肌，是骨骼肌收縮讓骨動(dòng)起來，而不是骨的運(yùn)動(dòng)讓骨骼肌收縮，因此，第二種方法正確。教師再出示牽拉骨骼肌讓前肢運(yùn)動(dòng)的視頻。結(jié)合視頻，教師引導(dǎo)學(xué)生明確：當(dāng)牽拉內(nèi)側(cè)肌肉（肱二頭?。┨幱谑湛s狀態(tài)時(shí)，前肢抬起，這時(shí)相當(dāng)于家兔起跳時(shí)前肢收起的動(dòng)作。學(xué)生還能直觀地觀察到外側(cè)肌肉（肱三頭?。┐藭r(shí)處于舒張狀態(tài)。教師再追問：家兔落地時(shí)，前肢伸直的動(dòng)作如何完成呢？ 這時(shí)，學(xué)生便能很快地給出答案：牽拉外側(cè)肌肉。教師再播放牽拉外側(cè)肌肉（肱三頭?。┑囊曨l幫助學(xué)生構(gòu)建起一組骨骼肌的收縮可以讓骨的位置發(fā)生改變，但是要想使骨復(fù)位還需要另一組骨骼肌的參與這一生物學(xué)事實(shí)。

4．類比推理，遷移應(yīng)用

教師出示廣播體操動(dòng)圖中截取的伸肘和屈肘兩個(gè)動(dòng)作并提出問題：這兩個(gè)動(dòng)作如何完成？ 這時(shí)，學(xué)生便能很自信地給出答案：當(dāng)肱二頭肌收縮時(shí)，完成屈肘，當(dāng)肱三頭肌收縮時(shí)，完成伸肘。

教師再追問：骨骼肌會(huì)隨意收縮嗎？引導(dǎo)學(xué)生明確骨骼肌收縮的原因是受神經(jīng)傳來的刺激。最后，教師將結(jié)論板書在黑板上（如圖3）。

圖3

5．整合概念，系統(tǒng)構(gòu)建

教師借助生物體結(jié)構(gòu)層次的知識(shí)幫助學(xué)生構(gòu)建起骨、關(guān)節(jié)、肌肉共同構(gòu)成運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)， 并明確運(yùn)動(dòng)的形成與自身的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)密切相關(guān)。接著，教師提出問題：只具備運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)就能完成運(yùn)動(dòng)嗎？ 通過討論幫助學(xué)生構(gòu)建起運(yùn)動(dòng)并不是僅靠運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)來完成的，還需要其他系統(tǒng)如神經(jīng)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)，運(yùn)動(dòng)所需的能量有賴于消化系統(tǒng)、呼吸系統(tǒng)、循環(huán)系統(tǒng)等系統(tǒng)的配合這一重要概念。教師追問：運(yùn)動(dòng)的完成一定需要運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)嗎？ 目的在幫助學(xué)生構(gòu)建運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)只是人和高等動(dòng)物具有，而無脊椎動(dòng)物可以依靠肌肉收縮和附肢運(yùn)動(dòng)完成運(yùn)動(dòng)等概念。

最后，教師出示各種動(dòng)物運(yùn)動(dòng)的視頻，幫助學(xué)生整合概念，完善概念體系，引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)歸納出運(yùn)動(dòng)有助于尋覓食物、躲避天敵、爭(zhēng)奪領(lǐng)地，繁殖后代等意義。

6．聯(lián)系生活，情感升華

教師引導(dǎo)學(xué)生說出自己喜愛的體育運(yùn)動(dòng)并分享原因。學(xué)生中有的喜歡籃球，認(rèn)為可以增強(qiáng)協(xié)調(diào)性；有的喜歡乒乓球，認(rèn)為可以保護(hù)視力；有的喜歡慢跑，認(rèn)為可以增強(qiáng)抵抗力……教師出示廣播操比賽集錦的視頻，幫助學(xué)生養(yǎng)成熱愛運(yùn)動(dòng)、堅(jiān)持運(yùn)動(dòng)的習(xí)慣。

（四）教學(xué)反思

1．基于問題解決的概念構(gòu)建及裂變

建構(gòu)主義非常關(guān)注情境性教學(xué)，認(rèn)為“教學(xué)應(yīng)該使學(xué)習(xí)在與現(xiàn)實(shí)情境相類似的情境中發(fā)生， 以解決學(xué)生現(xiàn)實(shí)生活中遇到的問題為目標(biāo)”[4]198。因此，本堂課設(shè)置了“運(yùn)動(dòng)是怎么產(chǎn)生的”這一問題情境并貫穿教學(xué)始終。首先，圍繞這一問題的解決設(shè)計(jì)不同層次的學(xué)習(xí)任務(wù)，幫助學(xué)生層層深入地構(gòu)建骨、關(guān)節(jié)、肌肉和運(yùn)動(dòng)的概念。其次，在建構(gòu)起運(yùn)動(dòng)及運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的相關(guān)概念后，結(jié)合學(xué)生體驗(yàn)建立概念間的系統(tǒng)關(guān)聯(lián)，讓學(xué)生理解運(yùn)動(dòng)是多系統(tǒng)協(xié)調(diào)配合完成的。再次，引導(dǎo)學(xué)生回歸問題，裂變概念，用所學(xué)概念解釋生物學(xué)問題。最后，聯(lián)系生活情境讓學(xué)生意識(shí)到運(yùn)動(dòng)的意義，滲透情感態(tài)度價(jià)值觀教育。由此可見，這一問題情境既是學(xué)生構(gòu)建概念的驅(qū)動(dòng)任務(wù)，又是裂變概念的生物學(xué)議題。概念構(gòu)建是概念裂變的前提，概念裂變又能有效促進(jìn)概念的深度構(gòu)建。

2.基于實(shí)驗(yàn)充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性

建構(gòu)主義思想的核心主旨體現(xiàn)為“知識(shí)是在主客體相互作用的活動(dòng)之中建構(gòu)起來的”[4]182， 強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)者的主動(dòng)建構(gòu)。因此，本節(jié)課的設(shè)計(jì)以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中自主構(gòu)建運(yùn)動(dòng)的概念。首先，給學(xué)生提供家兔前肢和肩關(guān)節(jié)的實(shí)驗(yàn)材料，讓學(xué)生在解剖、觀察家兔前肢和肩關(guān)節(jié)的實(shí)驗(yàn)中認(rèn)識(shí)骨、關(guān)節(jié)和肌肉的結(jié)構(gòu)及功能；其次，讓學(xué)生在體驗(yàn)“如何讓家兔肩關(guān)節(jié)動(dòng)起來”的活動(dòng)中構(gòu)建運(yùn)動(dòng)的概念；接著，讓學(xué)生通過家兔類比人的屈伸肘運(yùn)動(dòng)，感受運(yùn)動(dòng)的形成是在神經(jīng)系統(tǒng)、消化系統(tǒng)等多系統(tǒng)協(xié)調(diào)配合下產(chǎn)生的；最后，拓展到動(dòng)物不同的運(yùn)動(dòng)方式及其意義，讓學(xué)生在具體問題情境中建構(gòu)運(yùn)動(dòng)的類型及意義。整個(gè)學(xué)習(xí)過程，學(xué)生是學(xué)習(xí)的主角，而老師只是引導(dǎo)、組織學(xué)生完成各種學(xué)習(xí)活動(dòng)，真正踐行“學(xué)生主體，教師主導(dǎo)”的教學(xué)原則。學(xué)習(xí)效果上，學(xué)生也從剛開始面對(duì)問題情境時(shí)的膽怯、不知所措，變得踴躍，能從容自信地解釋運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的原因，達(dá)到了預(yù)期效果，實(shí)現(xiàn)了有意義的學(xué)習(xí)。