也論概念模型建構在生物教學中的應用

陳永生

（安徽省桐城中學 安徽安慶 231403）

概念模型相對于數學或物理模型而言，無法用直觀的圖形曲線或實體體現，需要教師引導、幫助學生積極思考、總結歸納，并結合教材內容進一步對自己建構的知識體系或模型進行梳理或調整，最后才能生成高度凝練又簡約直觀體現教學內容的模型。學生在學習中會經常遇到難以理解的核心概念及生命活動過程，或者對微觀的生命活動過程把握不準。教師基于核心概念，幫助學生建構概念模型，可以落實教學目標，更好地讓學生把握知識的內在。下面就以上幾個方面進行具體的實踐總結。

1 基于教材概念模型的再建構完成教學過程

1.1 對自然選擇學說概念模型的分析

教材對達爾文自然選擇學說的主體內容呈現，就是以一個概念模型的構架來實現的，它包含的內容點比較多。在實際教學中，教師通常以文本描述的過程進行教學。但是，自然選擇學說的內容包含要點多，并且要求學生能基于各內容點進行一定的推理，逐步生成結論，在此基礎上得出物種進化的結果。

1.2 分析模型內容引導總結歸納生成新的概念模型

教師可引導學生分析自然選擇學說內容，將“事實1：生物過度繁殖傾向”“事實2：物種內的個體數保持穩(wěn)定”“事實3：有限資源”簡化合并為生物進行生存斗爭的原因，再將“事實4：個體存在變異”“事實5：許多變異可遺傳”精簡提煉為有利的可遺傳變異?；谶@兩個要點，教師促進學生得出結論：自然選擇適者生存、不適者被淘汰，最后逐代積累有利變異進化出新的生物類型。

1.3 學生課堂歸納生成要點凝練的概念模型

學生通過課堂活動，建構自己的概念模型。教師對模型的結構形式不作具體要求，但一定要具有自然選擇學說的幾個核心要素和結論，引導要素不全面或者推理不全面的學生作出修正。多數學生的概念模型如圖1所示。

圖1 自然選擇概念的模型

2 對教材的假說進行演繹而建立分析模型

2.1 對自然選擇影響生物種群基因頻率的分析

教材中具有該內容的完整文本探究的過程，包括介紹情景、提出問題以及探究思路的假說-演繹過程。許多學生不理解假說的內容導致的結果之間的邏輯關系，所以教師要加強學生對這部分的演繹推理，有利于學生理解自然選擇的過程。

2.2 基于文本假說分析自然選擇作用于基因頻率的過程

教師引導學生進行假說分析：樹干變黑的情形下，淺色個體的樺尺蠖因為更容易被天敵捕食，不利于生存，而深色個體易生存。故在各代中淺色個體越來越少而深色個體越來越多，進而使得種群中的淺色基因（s）頻率遞減而深色基因（S）頻率增加，體現自然選擇通過對表現型的選擇而改變種群的基因頻率。

2.3 師生課堂活動討論建構過程總結生成模型

教師引導學生分析探究的文本，并結合達爾文自然選擇學說的模型要素建構概念模型。模型的建構過程要著重體現環(huán)境改變對生存斗爭的具體結果的影響，并且體現基因頻率的改變，最后得出符合邏輯的推理結果。另外，教師要強調該過程結果的待驗證性，即仍需使用數學演算模擬基因頻率的改變，通過數學演算對該模型的正確性進行驗證，由此在鍛煉學生建構概念模型的同時，也強化假說-演繹科學思維的應用。師生課堂建構、分析各種模型，并生成較為典型的模型作為最終展示的結果（圖2）。

圖2 自然選擇影響生物種群基因頻率的概念模型

3 通過實施模型建構對課題內容進行總結性生成

3.1 分析內環(huán)境是細胞與外界進行物質交換的媒介

內環(huán)境是細胞生活的直接場所，而生物體是從外界環(huán)境所獲得養(yǎng)料并排泄廢物至外界，因此內環(huán)境是細胞與外界進行物質交換的媒介。在教學中，這一結論是結論性的內容，教師通常不會用比較感觀的形式來體現，也沒有條理性的分析。如果僅僅用一個結論進行總結性的描述，學生對該概念的本質仍然理解不清?；蛘?，教師直接在教學中呈現相關的概念模型，但模型建構的邏輯與教學過程沒有融合在一起，對于學生而言，僅僅是一個“新”的需要記憶的大知識點而已，無法起到應有的效果。

3.2 結合知識要點，建構模型，實現概念教學的目標

“內環(huán)境是細胞與外界環(huán)境進行物質交換的媒介”這一概念是本節(jié)課的總結點，涉及總結歸納全課的知識要點，將內環(huán)境的組成及關系與人體幾個重要的生命活動過程聯(lián)系起來，難度較大。因此，教師引導學生共同建構該概念模型。

教師引導共建模型的關鍵在于教師的引導方式要有效結合課堂學習的方式。概念模型是高度凝練學科知識的結構，且各要點之間既要符合邏輯關系也要具有科學性，所以教師的建構模型的引導過程要分步實現，同時也要緊密聯(lián)系學科內容。

（1）利用教材結論生成模型的主要關系。

內環(huán)境作為媒介，要勾連細胞內液和外界環(huán)境這兩個主體（圖3）。所以建模第一步就是要讓學生理解模型的雛形，然后才能使學生基于這個前提繼續(xù)完善模型。

圖3 模型的雛形

（2）結合學科內容，將模型主體充實化。

細胞要進行生命活動，要從外界獲取如氧氣、葡萄糖等養(yǎng)料，也需將二氧化碳、尿素等細胞代謝廢物排出體外。教師要引導學生分析：在該過程中內環(huán)境承擔什么作用？內環(huán)境的三大組分中有哪些成分又與相關生理過程有聯(lián)系？如氣體交換涉及哪個器官哪個系統(tǒng)？營養(yǎng)物質的獲得依賴什么過程？代謝廢物如何排出體外？……基于這些內容的分析，學生先作草稿，調整它們在模型中的位置和關系，分析討論是否存在錯誤或矛盾，初步建構模型的“粗胚”。分析模型時，教師引導學生先局部建構，然后再統(tǒng)一在一起，分析過程可如下：

氧氣如何獲得？（外界——氧氣——內環(huán)境——氧氣——細胞）

氧氣通過什么器官依賴什么系統(tǒng)進入內環(huán)境？（肺部進行氣體交換，依賴呼吸系統(tǒng)，但是要通過循環(huán)系統(tǒng)才能運輸到全身各處）

葡萄糖如何獲得？它又如何進入內環(huán)境？二氧化碳要怎樣排出到胞外？尿素如何代謝？通過什么生理過程進入外界？

……

學生思考一系列的相關問題，從而思考分析模型的局部，理順各部分間的關系。

（3）聯(lián)系生理過程，將系統(tǒng)器官組織在模型內部。

師生通過共同的分析討論，打磨“粗胚”，同時將涉及到的幾個重要生命過程的器官、系統(tǒng)聯(lián)系在一起。這樣既可以讓學生理解內環(huán)境是怎樣作為媒介的，也讓學生知道人體的生命活動是復雜的，是許多器官系統(tǒng)共同維持實現的。初步生成模型后，教師還要提醒學生注意遺漏或不全之處，群策群力共同完成模型的建構。

綜上所述，在具體的教學中教師要改變過去的思維模式，不以模型本身的內容為唯一重點，而是要通過模型的建構過程來實現教學目標，同時培養(yǎng)學生的分析問題整合知識的能力，真正培養(yǎng)學生的科學思維。