郭榮輝

(江蘇省南京民辦育英第二外國語學(xué)校 210044)

模型建構(gòu)又稱“建?！保褪菫榱死斫馐挛锒鴮κ挛镒鞒龅囊环N抽象，生物學(xué)中的模型建構(gòu)指用文字或圖示的方式表達(dá)生物學(xué)概念，包括物理模型、數(shù)學(xué)模型和概念模型的建構(gòu)。初中階段的學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中逐步發(fā)展了自身的理性思維，形成能正確解讀各種模型的內(nèi)涵、準(zhǔn)確提取關(guān)鍵信息、選用恰當(dāng)?shù)姆绞浇?gòu)模型并闡明其內(nèi)涵的能力。所以，教師要將課本知識(shí)與學(xué)生的現(xiàn)有生活、學(xué)校的實(shí)際條件等緊密結(jié)合，深層次研究和開發(fā)相關(guān)的課程資源，通過創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)情境、開展學(xué)習(xí)活動(dòng)，培養(yǎng)學(xué)生模型建構(gòu)能力。筆者結(jié)合多年的教學(xué)實(shí)踐，談一談培養(yǎng)學(xué)生模型建構(gòu)能力的舉措。

1 建構(gòu)物理模型能力的培養(yǎng)

1.1 邊展示，邊提問題 教師在初中生物學(xué)課堂中把與教材有關(guān)的實(shí)物(如活的動(dòng)植物及器官)直接呈現(xiàn)在學(xué)生面前，供他們觀察、聆聽、觸摸、聞、嘗，通過感官直接感受，同時(shí)提出一些問題引導(dǎo)學(xué)生思考，有時(shí)還要指導(dǎo)學(xué)生感受，讓學(xué)生說出具體感覺。

例如，學(xué)習(xí)果實(shí)的結(jié)構(gòu)時(shí)，教師給每組提供花生果實(shí)，讓學(xué)生從外到內(nèi)進(jìn)行解剖和觀察。同時(shí)提出麻屋子、紅帳子和白胖子分別是什么？花生的果實(shí)由哪兩個(gè)部分組成？教師也可以將模擬實(shí)物(如模型、圖片)呈現(xiàn)給學(xué)生。不過在展示時(shí)要提出相關(guān)的問題進(jìn)行引導(dǎo)。有的不能直接提供給學(xué)生感受，教師要與學(xué)生共同分析現(xiàn)象，使感性知識(shí)與理性知識(shí)結(jié)合起來。例如，學(xué)習(xí)心臟的結(jié)構(gòu)時(shí)，教師一方面展示心臟的模型，另一方面提出：“心臟由哪四個(gè)腔組成？心壁較厚的是哪個(gè)腔，這個(gè)腔與什么血管相連？這個(gè)腔的上方、右方分別是什么腔，分別與什么血管相連？指導(dǎo)學(xué)生有目的觀察，培養(yǎng)他們解讀物理模型的內(nèi)涵、準(zhǔn)確提取關(guān)鍵信息的能力。

1.2 說、寫、貼或拖結(jié)構(gòu)名稱及功能 學(xué)生在學(xué)習(xí)生物體的結(jié)構(gòu)和功能這些枯燥、抽象的知識(shí)時(shí)，往往比較被動(dòng)，缺乏學(xué)習(xí)的興趣，甚至產(chǎn)生抵觸的情緒。教師通過展示帶有標(biāo)號(hào)或者方框的生物體結(jié)構(gòu)模式圖或示意圖，創(chuàng)設(shè)積極主動(dòng)的學(xué)習(xí)情境，開展學(xué)生閱讀教材、觀察和比較教材上的相關(guān)圖片，說出、寫出或者貼出、拖出結(jié)構(gòu)名稱和功能的多樣化學(xué)習(xí)活動(dòng)，主動(dòng)建構(gòu)相關(guān)的生物學(xué)概念。

例如，在學(xué)習(xí)葉片的結(jié)構(gòu)時(shí)，學(xué)生首先通過顯微鏡觀察菠菜葉的臨時(shí)切片和迎春葉的永久切片，接著教師在白板上展示帶有方框、結(jié)構(gòu)名稱的葉片結(jié)構(gòu)模式圖(圖1)。學(xué)生通過閱讀教材，觀察和比較教材上的插圖，在各自的平板上進(jìn)行拖放，其中一個(gè)學(xué)生在白板上拖放，完成如圖2所示的葉片結(jié)構(gòu)模式圖。又如學(xué)習(xí)種子的萌發(fā)時(shí)，教師在導(dǎo)學(xué)案或者黑板上寫出1、2、3、4，請學(xué)生將表示大豆種子萌發(fā)過程的動(dòng)態(tài)示意圖按照黑板或者導(dǎo)學(xué)案上的順序依此粘貼，幫助學(xué)生理解和建構(gòu)種子的萌發(fā)過程。

圖1 帶有方框的葉片結(jié)構(gòu)模式圖

圖2 葉片結(jié)構(gòu)模式圖

1.3 制作實(shí)物剪貼圖，標(biāo)注名稱 在學(xué)習(xí)宏觀的生物體結(jié)構(gòu)和功能這些枯燥、抽象的知識(shí)時(shí)，有時(shí)可以引導(dǎo)學(xué)生制作實(shí)物剪貼圖，標(biāo)注名稱，加深學(xué)生對這些宏觀生物體結(jié)構(gòu)和功能的理解。

例如，學(xué)生在學(xué)習(xí)種子的結(jié)構(gòu)時(shí)，先給學(xué)生發(fā)浸泡過的大豆、蠶豆、蕓豆、花生種子，要求學(xué)生選取一粒種子，剝開種皮，并將其粘貼在白紙上；再剝開兩片子葉，將其粘貼在白紙上，運(yùn)用放大鏡觀察附在子葉上的各部分結(jié)構(gòu)，對照教材，標(biāo)注結(jié)構(gòu)名稱。最后教師用手機(jī)拍攝學(xué)生的實(shí)物剪貼圖，并用授課助手投放到大屏幕上(圖3)。請學(xué)生查找并用電子筆修正標(biāo)注的錯(cuò)誤。

圖3 大豆種子結(jié)構(gòu)剪貼圖

1.4 繪圖 在初中生物學(xué)教學(xué)中，引導(dǎo)學(xué)生繪制生物體結(jié)構(gòu)模式圖或者示意圖，有助于加深對生物體結(jié)構(gòu)的理解，事半功倍地建構(gòu)相關(guān)生物學(xué)概念。

例如，學(xué)習(xí)植物細(xì)胞的結(jié)構(gòu)時(shí)，先讓學(xué)生制作洋蔥鱗片葉臨時(shí)玻片標(biāo)本，再運(yùn)用顯微鏡觀察，并將視野中的圖片畫在實(shí)驗(yàn)報(bào)告上，參照教材標(biāo)注名稱。最后教師用手機(jī)將某些存在典型錯(cuò)誤的示意圖拍下來，用授課助手投放到大屏幕上，請學(xué)生找出錯(cuò)誤，并修正繪圖中的錯(cuò)誤。

1.5 制作并完善靜態(tài)的物理模型 課堂上，引導(dǎo)學(xué)生動(dòng)手制作簡單的靜態(tài)物理模型，有助于加深對概念的理解。

例如，學(xué)習(xí)細(xì)胞分裂時(shí)，首先讓學(xué)生運(yùn)用顯微鏡觀察洋蔥根尖的永久玻片標(biāo)本，接著，出示視野中的圖像，請學(xué)生畫出視野中的典型細(xì)胞，說出典型特點(diǎn)。再播放細(xì)胞分裂過程中各個(gè)時(shí)期的動(dòng)畫，分發(fā)橡皮泥，引導(dǎo)學(xué)生用橡皮泥制作細(xì)胞分裂期的四個(gè)階段的模型，并標(biāo)注各個(gè)時(shí)期。最后教師用手機(jī)將這些模型拍下來，并用授課助手投放到大屏幕上。進(jìn)一步加深學(xué)生對細(xì)胞分裂過程的理解。

1.6 演示器的制作和演示 演示演示器能夠吸引學(xué)生的眼球，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，豐富感性知識(shí)，減少知識(shí)建構(gòu)中的困難，幫助他們作出正確的判斷和推理，形成明確的概念。教師在平常的生物學(xué)學(xué)習(xí)中，引導(dǎo)學(xué)生自制表示生命活動(dòng)的演示器。

例如，在學(xué)習(xí)人體呼吸運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于人體的呼吸運(yùn)動(dòng)這一生理活動(dòng)比較抽象，加上學(xué)生沒有學(xué)過大氣壓的知識(shí)，因而理解上較困難，往往囫圇吞棗地被動(dòng)接受。課前，教師引導(dǎo)學(xué)生用分叉的玻璃管、橡皮膜、氣球、塑料瓶等模仿教材上的插圖，制作模擬人體膈肌舒縮引發(fā)呼吸的演示器。課上，教師出示演示器，并提出問題： 橡皮膜、兩個(gè)氣球、塑料瓶分別代表什么？接著讓學(xué)生用手向下拉橡皮膜，松手讓橡皮膜回縮，并提出問題： 向下拉橡皮膜時(shí)，氣體進(jìn)入氣球還是從氣球中排出？橡皮膜回縮時(shí)，氣體進(jìn)入氣球還是從氣球中排出？通過制作和演示演示器，相關(guān)問題的引領(lǐng)，有助于學(xué)生理解膈肌收縮，膈頂部下降，外界氣體通過呼吸道進(jìn)入肺，使肺擴(kuò)張；膈肌舒張，膈頂部上升，將肺內(nèi)氣體由呼吸道壓出，使肺回縮。

2 建構(gòu)數(shù)學(xué)模型能力的培養(yǎng)

2.1 分析數(shù)學(xué)模型，解決相關(guān)問題 在初中生物課堂反饋階段，教師經(jīng)常提供一些有數(shù)學(xué)模型的問題，讓學(xué)生分析和利用數(shù)學(xué)模型解決相關(guān)問題，從而考查學(xué)生的讀圖和提取關(guān)鍵信息的能力，再通過師生共同分析，培養(yǎng)他們這方面的能力。

例如，學(xué)習(xí)了人體對蛋白質(zhì)、淀粉和脂肪的消化后，教師在反饋階段出示這樣一道問題： 圖4中X， Y兩條曲線分別表示哪種營養(yǎng)物質(zhì)的消化過程？B、C、D分別代表什么消化器官？一個(gè)學(xué)生這樣分析： 從圖中看出X曲線從口腔就開始減少，又因?yàn)榈矸蹚目谇婚_始消化，所以X曲線代表淀粉消化；蛋白質(zhì)曲線在C段開始減少，又因?yàn)榈鞍踪|(zhì)在胃開始消化，所以C代表胃；X曲線、蛋白質(zhì)曲線在D段急劇減少到0，又因?yàn)榈矸酆偷鞍踪|(zhì)在小腸被全部消化，所以D代表小腸；Y曲線從D段開始減少并到0，又因?yàn)橹驹谛∧c開始并完全消化，所以Y曲線代表脂肪的消化；X、Y和蛋白質(zhì)在B段都沒有減少，又因?yàn)榈矸邸⒌鞍踪|(zhì)和脂肪在食道都沒有消化，所以B代表食道。通過這樣細(xì)致的分析，其他學(xué)生運(yùn)用數(shù)學(xué)模型解決問題的能力也得到顯著的提升，解讀數(shù)學(xué)模型和提取關(guān)鍵信息的能力得到了培養(yǎng)。

圖4 三種營養(yǎng)物質(zhì)的消化

2.2 將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成直觀圖形 有些實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象比較復(fù)雜，得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)比較抽象，學(xué)生很難通過分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和數(shù)據(jù)作出正確的判斷，得出科學(xué)的結(jié)論。教師引導(dǎo)學(xué)生將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)巧妙地轉(zhuǎn)化成直觀的柱形圖、折線圖、餅狀圖等，即建構(gòu)形象的數(shù)學(xué)模型，便于學(xué)生從中找到規(guī)律，得出正確的結(jié)論。

例如，探究酒精對水蚤心率的影響時(shí)，學(xué)生運(yùn)用顯微鏡分別計(jì)數(shù)水蚤在清水、5%、10%、15%、20%和25%的酒精溶液中的心率，發(fā)現(xiàn)忽高忽低，學(xué)生很難從中找出規(guī)律，得出科學(xué)結(jié)論。教師引導(dǎo)學(xué)生嘗試在坐標(biāo)系中繪出水蚤心率與酒精濃度關(guān)系的曲線，學(xué)生很容易發(fā)現(xiàn)低濃度酒精使心率加快，濃度高的酒精使心率降低，因而作出正確判斷。數(shù)形轉(zhuǎn)換，不僅便于學(xué)生發(fā)現(xiàn)規(guī)律，而且有利于培養(yǎng)學(xué)生建構(gòu)新情境中數(shù)學(xué)模型的能力。

2.3 用數(shù)學(xué)模型表達(dá)復(fù)雜生命規(guī)律 生物學(xué)中有很多知識(shí)比較枯燥、乏味，如果用數(shù)學(xué)模型表達(dá)，則往往能將復(fù)雜問題簡單化，增加學(xué)生學(xué)習(xí)的趣味性，也更能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。所以學(xué)生在學(xué)習(xí)這部分抽象、復(fù)雜的知識(shí)時(shí)，教師可引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建數(shù)學(xué)模型。

例如，分析一對有耳垂的夫婦生了一個(gè)無耳垂的孩子。教師可以引導(dǎo)學(xué)生從分析孩子的基因組成入手，由于無耳垂是隱性性狀，基因組成是aa，這兩個(gè)a分別來自父母雙方，又因?yàn)楦改付际怯卸?，有耳垂是顯性性狀，所以父母的基因組成都是Aa，再指導(dǎo)學(xué)生畫出遺傳圖解(圖5)?；蛘咄ㄟ^人耳貼圖和磁性基因卡片排列重組完成遺傳圖的建構(gòu)。這樣的活動(dòng)不僅激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情，而且培養(yǎng)了學(xué)生在新情境中建構(gòu)數(shù)學(xué)模型的能力。

圖5 一對基因的遺傳圖解

3 建構(gòu)概念模型能力的培養(yǎng)

3.1 展示概念模型，說出其內(nèi)涵 在初中生物學(xué)教學(xué)中,教師展示概念模型,讓學(xué)生說出其內(nèi)涵,對他們進(jìn)行啟發(fā)、引導(dǎo)，培養(yǎng)學(xué)習(xí)生物學(xué)知識(shí)和自我構(gòu)建生物學(xué)概念的能力。

例如,學(xué)習(xí)了人體的血液循環(huán)后，教師展示如圖6所示的體循環(huán)和肺循環(huán)的過程圖,學(xué)生說出其內(nèi)涵。這個(gè)學(xué)習(xí)活動(dòng)不僅使學(xué)生對體循環(huán)和肺循環(huán)路線有了整體的認(rèn)識(shí)，明白心臟的四個(gè)腔是“上下相通，左右不通”，與四個(gè)腔相連的血管是“房連靜，室連動(dòng)”，四個(gè)腔中的血液是“左側(cè)鮮紅右暗紅”；也培養(yǎng)了學(xué)生解讀概念模型內(nèi)涵和提取關(guān)鍵信息的能力。

圖6 人體的血液循環(huán)路線

3.2 完善不完整的概念模型 在初中生物學(xué)教學(xué)中,教師展示不完整的概念模型,讓學(xué)生完善并說出其理由和內(nèi)涵,啟發(fā)、引導(dǎo)他們初步構(gòu)建概念圖，培養(yǎng)其在新情境中建構(gòu)概念模型的能力。

例如，學(xué)習(xí)了尿液的形成和排出后，在課堂小結(jié)環(huán)節(jié)教師可以出示一個(gè)不完整概念模型(圖略)，讓學(xué)生填寫其中的空格，完善這個(gè)概念模型。學(xué)生在填寫空格，完善此概念模型過程中就要考慮血液、原尿和尿液的關(guān)系，并進(jìn)一步思考濾過作用是將哪些物質(zhì)濾出，重吸收作用是將哪些物質(zhì)重新吸收回血液，另外還要考慮血液、原尿和尿液的成分，尿液經(jīng)過哪些泌尿器官排出體外。這樣使學(xué)生明白建構(gòu)概念模型要考慮的要素，從而培養(yǎng)他們今后在新情境中構(gòu)建概念模型并闡述其內(nèi)涵的能力。

3.3 指導(dǎo)學(xué)生繪概念圖 教師在初中生物課堂小結(jié)階段或者單元復(fù)習(xí)階段，指導(dǎo)學(xué)生思考一節(jié)課或者一個(gè)單元的主要概念，再尋找這些概念之間的關(guān)系，最后用專門軟件制作概念圖，或者用筆在筆記本上把這些概念以及它們之間的關(guān)系畫成知識(shí)網(wǎng)絡(luò)。

例如，在復(fù)習(xí)綠色開花植物的一生時(shí)，首先指導(dǎo)學(xué)生寫出與綠色開花植物的一生有關(guān)的概念—種子的萌發(fā)、植物體生長、開花、傳粉、受精、果實(shí)的形成；與種子萌發(fā)有關(guān)的概念—種子的結(jié)構(gòu)、種子萌發(fā)的條件，與開花有關(guān)的概念—花的結(jié)構(gòu)、影響開花的因素，與傳粉有關(guān)的概念—傳粉的類型，與果實(shí)形成有關(guān)的概念—果實(shí)的結(jié)構(gòu)；下一層次的概念，如胚的結(jié)構(gòu)、雄蕊和雌蕊的結(jié)構(gòu)、異花傳粉的途徑、子房的結(jié)構(gòu)、胚珠的結(jié)構(gòu)等。再思考這些概念之間的關(guān)系，最后用線、框圖等把這些概念之間的關(guān)系表示成圖形化形式(圖略)。