基于“真實(shí)情境與概念模型”的復(fù)習(xí)教學(xué)策略
——以高中生物學(xué)“內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)的調(diào)節(jié)”教學(xué)為例

陳書平

（福清第三中學(xué)，福建 福清 350315）

為了順應(yīng)生物學(xué)新高考重視考查生物學(xué)必備知識(shí)、關(guān)鍵能力及學(xué)科素養(yǎng)的變革，打破機(jī)械性記憶與題海訓(xùn)練的復(fù)習(xí)教學(xué)桎梏，筆者嘗試開展“真實(shí)情境與概念模型”復(fù)習(xí)教學(xué)策略實(shí)踐與研究，以期促進(jìn)學(xué)生遷移應(yīng)用生物學(xué)知識(shí)，分析與解決真實(shí)情境中實(shí)際問題，發(fā)展生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

一、概述“真實(shí)情境與概念模型”復(fù)習(xí)教學(xué)策略

真實(shí)情境是指立足于真實(shí)問題創(chuàng)設(shè)情境，真實(shí)情境是生物學(xué)高考的載體，有助于引導(dǎo)學(xué)生正確應(yīng)用生物學(xué)知識(shí)及關(guān)鍵能力解決復(fù)雜的問題。概念模型主要指以文字、符號(hào)等構(gòu)成的概念圖、流程圖及系統(tǒng)模型等。［1］基于“真實(shí)情境與概念模型”復(fù)習(xí)策略強(qiáng)調(diào)教師創(chuàng)設(shè)真實(shí)的問題情境，引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)情境信息和已有知識(shí)構(gòu)建概念模型，進(jìn)而應(yīng)用模型認(rèn)識(shí)、分析與解決問題（圖1）。旨在以模型作為知識(shí)復(fù)習(xí)與思維的載體，促進(jìn)學(xué)生構(gòu)建知識(shí)體系，提高認(rèn)識(shí)問題、分析問題及解決問題能力。

圖1 “基于真實(shí)情境與概念模型”復(fù)習(xí)策略

二、例析“真實(shí)情境與概念模型”復(fù)習(xí)教學(xué)策略

“內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)的調(diào)節(jié)”復(fù)習(xí)教學(xué)整合2019 年版人民教育出版社《生物學(xué)·選擇性必修1·穩(wěn)態(tài)與調(diào)節(jié)》第1 章到第4 章的部分內(nèi)容，以此為例探討如何圍繞生物學(xué)大概念，應(yīng)用“真實(shí)情境與概念模型”復(fù)習(xí)教學(xué)策略，提升學(xué)生遷移能力，發(fā)展生物學(xué)關(guān)鍵能力。

（一）圍繞生物學(xué)大概念創(chuàng)設(shè)真實(shí)的問題情境

“內(nèi)容聚焦大概念”是高中生物學(xué)課程基本理念之一。圍繞生物學(xué)大概念創(chuàng)設(shè)真實(shí)的問題情境，引導(dǎo)學(xué)生在提出問題、分析問題及解決問題過程中，實(shí)現(xiàn)歸納具體的事實(shí)性知識(shí)，建構(gòu)次位概念、重要概念及大概念，這是大概念教學(xué)的可行途徑。［2］

例如，“內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)的調(diào)節(jié)”復(fù)習(xí)教學(xué)時(shí)，以“普通感冒”創(chuàng)設(shè)核心問題情境。人體感染感冒病毒后穩(wěn)態(tài)暫時(shí)受到破壞，又在藥物與自身免疫系統(tǒng)作用下恢復(fù)正常，這是每位學(xué)生親身經(jīng)歷過的生活現(xiàn)象。并以普通感冒中鼻塞、流涕、發(fā)熱、頭痛等癥狀，創(chuàng)設(shè)與“組織液、淋巴液與血漿的物質(zhì)交換”“免疫調(diào)節(jié)”“體溫調(diào)節(jié)”及“神經(jīng)調(diào)節(jié)”等相關(guān)問題情境，引導(dǎo)學(xué)生建立概念模型，分析鼻塞成因及黏膜免疫原理，促進(jìn)學(xué)生深入理解組織水腫的本質(zhì)是內(nèi)環(huán)境各成分物質(zhì)交換的失衡，以及人體免疫是免疫系統(tǒng)三道防線共同作用的結(jié)果。學(xué)會(huì)以產(chǎn)熱與散熱平衡為核心，分析人體發(fā)熱與藥物解熱的原理，幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)頭痛與止痛涉及神經(jīng)元信號(hào)產(chǎn)生、傳導(dǎo)與傳遞的基本原理（表1）。

表1 “內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)的調(diào)節(jié)”復(fù)習(xí)教學(xué)中的概念、情境與模型

通過創(chuàng)設(shè)真實(shí)的問題情境，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)問題、分析問題與解決問題，實(shí)現(xiàn)對(duì)生物學(xué)概念性知識(shí)的重構(gòu)、擴(kuò)展及深化，在建構(gòu)、理解與應(yīng)用生物學(xué)大概念的同時(shí)，避免復(fù)習(xí)教學(xué)陷入“炒冷飯”的困局。

（二）促進(jìn)學(xué)生遷移應(yīng)用知識(shí)

根據(jù)深度學(xué)習(xí)的理論，整體化的事實(shí)性知識(shí)、模型化的概念性知識(shí)及解決問題的程序性知識(shí)是可遷移應(yīng)用的。［3］

1.建構(gòu)整體化事實(shí)知識(shí)

構(gòu)建概念模型的過程需要對(duì)知識(shí)進(jìn)行歸納與概括，應(yīng)用文字、符號(hào)等描述知識(shí)內(nèi)在聯(lián)系，使得事實(shí)性知識(shí)整體化，有助于概念性知識(shí)的形成與遷移應(yīng)用。

例如，以鼻黏膜免疫為問題情境，引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建具有黏膜、吞噬細(xì)胞、抗體等元素的鼻黏膜免疫概念模型，幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)免疫系統(tǒng)的三道防線之間相互聯(lián)系。以艾滋病人免疫力減弱為問題情境，引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建“體液免疫—細(xì)胞免疫”概念模型，幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)兩種特異性免疫。在感冒病原體感染導(dǎo)致發(fā)燒的情境中，引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建、關(guān)聯(lián)體溫調(diào)節(jié)模型和發(fā)熱、解熱原理模型，深入認(rèn)識(shí)神經(jīng)調(diào)節(jié)、體液調(diào)節(jié)及免疫調(diào)節(jié)之間的聯(lián)系。

2.建構(gòu)模型化概念性知識(shí)

構(gòu)建概念模型有助于學(xué)生歸納、整理和辨析概念的外延，并提供一種新的概念表征形式，加深學(xué)生對(duì)概念內(nèi)涵的理解，促進(jìn)概念性知識(shí)的遷移應(yīng)用。

例如，構(gòu)建“體液”概念模型，引導(dǎo)學(xué)生概括“體液”的“細(xì)胞內(nèi)液”與“細(xì)胞外液”兩個(gè)外延，辨析“消化液”“汗液”是不屬于體液的液體。此外，概念性知識(shí)具有多樣化的表現(xiàn)形式，如表1 中的概念1.1，除了用文字描述外，還可以應(yīng)用概念模型表征內(nèi)環(huán)境的組成和內(nèi)環(huán)境的功能（圖2），其中虛線框表示內(nèi)環(huán)境主要由血漿、淋巴液和組織液組成及其三者之間的物質(zhì)交換關(guān)系?！皟?nèi)環(huán)境”概念的方框?qū)⒓?xì)胞內(nèi)液包圍在內(nèi)，表示內(nèi)環(huán)境是細(xì)胞生活的直接環(huán)境，以及外界環(huán)境必須通過內(nèi)環(huán)境才能與細(xì)胞進(jìn)行間接的物質(zhì)交換。

圖2 “內(nèi)環(huán)境的組成與功能”概念模型

概念模型的構(gòu)建需要學(xué)生明確概念內(nèi)涵、外延及其相互關(guān)系，并應(yīng)用連接線、連接詞等進(jìn)行表征。建構(gòu)模型化概念性知識(shí)有助于學(xué)生深刻理解并遷移應(yīng)用概念性知識(shí)。

3.建構(gòu)解決問題的程序性知識(shí)

認(rèn)識(shí)、分析和解決問題的知識(shí)是程序性知識(shí)。概念知識(shí)的模型化為應(yīng)用概念解決問題提供了一條直觀途徑。

例如，組織水腫現(xiàn)象，可以用圖2 概念模型中的a、b、c 三個(gè)途徑來解釋。途徑a 增強(qiáng)，途徑b 減弱或者途徑c 減弱，都會(huì)導(dǎo)致組織液異常增多，從而導(dǎo)致組織水腫。感冒時(shí)前列腺素增多會(huì)導(dǎo)致鼻黏膜處的毛細(xì)血管通透性增強(qiáng)，使途徑a 增加。血漿中的部分蛋白質(zhì)進(jìn)入組織液后，血漿滲透壓下降，組織液滲透壓上升，使途徑a 進(jìn)一步增強(qiáng)、使途徑b 減弱，從而導(dǎo)致鼻黏膜腫脹。

基于“真實(shí)情境與概念模型”的復(fù)習(xí)過程實(shí)則是一個(gè)程序性知識(shí)的建立與熟練的過程。即面對(duì)新的問題情境時(shí)，應(yīng)當(dāng)首先獲取有用的關(guān)鍵信息，再聯(lián)系相關(guān)的已有知識(shí)建立概念模型，應(yīng)用模型來分析問題與解決問題。

（三）促進(jìn)學(xué)生發(fā)展關(guān)鍵能力

復(fù)習(xí)有關(guān)體溫調(diào)節(jié)內(nèi)容時(shí)，精心設(shè)計(jì)真實(shí)的問題情境：下丘腦如何基于體溫調(diào)定點(diǎn)來調(diào)節(jié)體溫恒定？請(qǐng)推測(cè)體溫異常的可能原因。你認(rèn)為發(fā)燒和通過藥物退燒的過程中身體會(huì)出現(xiàn)哪些反應(yīng)？如何解釋這些現(xiàn)象？并引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建概念模型，探求解決問題策略，發(fā)展認(rèn)識(shí)問題、分析問題及解決問題等關(guān)鍵能力。

1.提高認(rèn)識(shí)問題能力

概念模型可以呈現(xiàn)問題的關(guān)鍵要素及其相互之間的關(guān)系，為學(xué)生認(rèn)識(shí)問題提供有力的工具。

例如，引導(dǎo)學(xué)生分析感冒病原體通過免疫細(xì)胞最終作用于神經(jīng)中樞的一系列信息傳遞途徑，建構(gòu)“感冒發(fā)熱及布洛芬解熱原理”的概念模型（圖3）。并引導(dǎo)學(xué)生基于體溫調(diào)定點(diǎn)，聯(lián)系所學(xué)知識(shí)，小組合作構(gòu)建體溫調(diào)節(jié)模型（圖4），促進(jìn)學(xué)生應(yīng)用穩(wěn)態(tài)與平衡的生命觀念，深刻理解反饋調(diào)節(jié)模式，發(fā)展信息搜索、整理、語言解碼等認(rèn)識(shí)問題能力。

圖3 感冒發(fā)熱及布洛芬解熱原理的概念模型

圖4 體溫調(diào)節(jié)概念模型

2.提高分析問題能力

概念模型可以作為思維的載體，為分析問題提供可視的表征方式，促進(jìn)學(xué)生發(fā)展比較、分析、綜合等邏輯思維能力。

例如，指導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用感冒發(fā)熱及布洛芬解熱原理、體溫調(diào)節(jié)等概念模型，聯(lián)系產(chǎn)熱與散熱有關(guān)機(jī)制，分析體溫調(diào)定點(diǎn)提高導(dǎo)致發(fā)熱及體溫調(diào)定點(diǎn)降低而解熱的原理。幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)：感冒后，經(jīng)過一系列的變化導(dǎo)致前列腺素E2 增多。前列腺素E2 作用于下丘腦，提高了體溫調(diào)定點(diǎn)。由于體溫低于新的體溫調(diào)定點(diǎn)，在下丘腦的調(diào)節(jié)下，人體產(chǎn)熱增多，散熱減少，體溫上升。此時(shí)，皮膚毛細(xì)血管收縮導(dǎo)致手腳冰涼，汗腺分泌被抑制導(dǎo)致排汗減少，骨骼肌戰(zhàn)栗導(dǎo)致發(fā)抖。而人體“畏寒”的原因是下丘腦的神經(jīng)信號(hào)傳到大腦皮層相應(yīng)區(qū)域，產(chǎn)生冷覺。服用適量布洛芬后，環(huán)氧合酶活性降低，前列腺素E2 減少，下丘腦中的體溫調(diào)定點(diǎn)下降至37℃左右。由于發(fā)燒，體溫高于37℃，在下丘腦的調(diào)節(jié)下產(chǎn)熱減少，散熱增多，從而出現(xiàn)大量排汗、手腳發(fā)熱等反應(yīng)。

概念模型具有開放性，表現(xiàn)在可擴(kuò)展、可關(guān)聯(lián)且形式多樣。例如，體溫調(diào)節(jié)概念模型可以與產(chǎn)熱與散熱有關(guān)生理過程相關(guān)聯(lián)，使得模型得到擴(kuò)展。感冒發(fā)熱及布洛芬解熱原理概念模型與體溫調(diào)節(jié)概念模型可以通過體溫調(diào)定點(diǎn)發(fā)生關(guān)聯(lián)。由于，體溫變化的影響因素是多樣的，包括產(chǎn)熱、散熱的變化和體溫調(diào)定點(diǎn)的變化，使得概念模型所表征的系統(tǒng)內(nèi)部關(guān)聯(lián)不僅是線性的，也可以是復(fù)雜的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)（圖4）。此外，學(xué)生可以基于不同的認(rèn)知與思維，通過小組合作，在展示、評(píng)價(jià)、修正中獲得不同表征形式的概念模型。概念模型的開放性有助于學(xué)生發(fā)散地、辯證地分析問題，提高分析問題能力。

此外，通過構(gòu)建、評(píng)價(jià)及修正概念模型，促進(jìn)學(xué)生應(yīng)用文字與符號(hào)的形式表征內(nèi)隱的思維過程，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并修正學(xué)生認(rèn)知中存在的問題。［4］這有利于學(xué)生提高實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果等解決問題能力，以及語言文字表達(dá)能力。