科學(xué)思維視域下開展生物學(xué)概念模型教學(xué)的研究

【摘要】在義務(wù)教育階段，教師應(yīng)注重學(xué)生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，增強學(xué)生掌握生物學(xué)概念和實驗探究的能力。在初中生物學(xué)教學(xué)中，教師應(yīng)用概念模型教學(xué)的方式，有利于培養(yǎng)學(xué)生的抽象概括能力，對學(xué)生建構(gòu)生物學(xué)知識體系有著重要的意義。文章結(jié)合初中生物學(xué)教學(xué)實際，分析科學(xué)思維視域下開展生物學(xué)概念模型教學(xué)的實踐方式?！娟P(guān)鍵詞】科學(xué)思維；初中；生物學(xué)；概念模型教學(xué)學(xué)生在初中階段建立對生物學(xué)的初步認知，掌握生物學(xué)的學(xué)習(xí)方法具有重要的意義。科學(xué)思維視域下的概念模型教學(xué)，可有效地培養(yǎng)學(xué)生的生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。一、基于學(xué)生認知需求，梳理生物學(xué)概念模型教學(xué)的流程科學(xué)思維視域下的生物學(xué)概念模型教學(xué)應(yīng)以學(xué)生的認知能力和認知需求為出發(fā)點，引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷從個體到一般、從局部到整體的科學(xué)探索過程，從而讓學(xué)生在完整的科學(xué)推理過程中獲取對生物學(xué)知識的直觀感知，建構(gòu)生物學(xué)概念模型。（一）梳理邏輯關(guān)系建構(gòu)生物學(xué)概念模型的目的在于梳理生物學(xué)概念之間的邏輯關(guān)系，從科學(xué)思維的角度理解和記憶生物學(xué)的相關(guān)概念?？茖W(xué)思維視域下建構(gòu)生物學(xué)概念模型的主要環(huán)節(jié)是總結(jié)生物生命活動中的原理、規(guī)律及特征，進而梳理其中的邏輯關(guān)系。以人教版生物學(xué)七年級上冊“細胞的生活需要物質(zhì)和能量”的教學(xué)為例。首先，筆者引領(lǐng)學(xué)生對細胞的各種結(jié)構(gòu)進行梳理總結(jié)，歸納出細胞核、細胞質(zhì)、細胞膜、細胞壁、線粒體、葉綠體以及細胞核等基本概念。其次，筆者引導(dǎo)學(xué)生在梳理細胞的各種結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上分析不同結(jié)構(gòu)的不同功能，如細胞膜控制細胞內(nèi)外的物質(zhì)交換，比如水、無機鹽以及有機物的進出；葉綠體可將光能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能，并將化學(xué)能儲存在它所制造的糖類等有機物中；線粒體相當于汽車的發(fā)動機，可將細胞中一些有機物的化學(xué)能釋放出來；細胞核控制著生物的發(fā)育和遺傳。最后，通過對生物學(xué)概念進行梳理和歸納，學(xué)生可以科學(xué)的視角對生物的生命活動過程進行分析，并從細胞結(jié)構(gòu)、作用以及作用過程和原理等方面建構(gòu)生物學(xué)概念模型，深化對生物學(xué)概念的理解。（二）整合零散知識建構(gòu)生物學(xué)概念模型，應(yīng)基于科學(xué)思維進行整合，形成完整的知識體系。在這一環(huán)節(jié)中，教師更重要的是引導(dǎo)學(xué)生對零散的知識內(nèi)容進行科學(xué)歸納。以人教版生物學(xué)八年級下冊“基因、DNA和染色體”的教學(xué)為例。首先，筆者引導(dǎo)學(xué)生整合較為零散的知識點，包括基因、染色體以及DNA等不同概念及其之間的聯(lián)系。如染色體的概念可以整合為DNA和蛋白質(zhì)組成的遺傳信息庫。其次，筆者在此基礎(chǔ)上引導(dǎo)學(xué)生探討不同原因?qū)е碌倪z傳病類型。最后，筆者鼓勵學(xué)生嘗試制作染色體和DNA的關(guān)系示意圖，從而助力學(xué)生建構(gòu)完善的生物學(xué)概念模型。（三）反思和調(diào)整反思是科學(xué)思維的重要方面。教師需要引導(dǎo)學(xué)生聯(lián)系生活，對尚不完善的生物學(xué)概念模型進行反思和調(diào)整，從而強化學(xué)生的科學(xué)思維［1］。以人教版生物學(xué)七年級上冊“植株的生長需要營養(yǎng)物質(zhì)”的教學(xué)為例。首先，筆者引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)植株生長的過程及其生長所需的條件的生物學(xué)概念模型。在此基礎(chǔ)上，學(xué)生得出“不論是細胞數(shù)量的增多，還是細胞體積的增大，都需要不斷地補充水、無機鹽和有機物”的結(jié)論。其次，筆者結(jié)合生活現(xiàn)象，如植株葉片發(fā)黃、矮小瘦弱、倒伏等，引導(dǎo)學(xué)生反思植株為什么會出現(xiàn)上述癥狀。再次，通過學(xué)習(xí)、討論，學(xué)生認識到植株生長需要含氮的、含磷的和含鉀的無機鹽，如果缺少某種無機鹽，植株就不能正常生長。最后，筆者引導(dǎo)學(xué)生調(diào)整生物學(xué)概念模型的建構(gòu)，從而完善生物學(xué)概念模型。二、聚焦學(xué)生認知特點，拓展生物學(xué)概念模型教學(xué)的途徑教師在科學(xué)思維視域下開展生物學(xué)概念模型教學(xué)，應(yīng)充分調(diào)動學(xué)生的主觀能動性，為學(xué)生提供自主探究的課堂學(xué)習(xí)情境，從而促進學(xué)生科學(xué)思維的發(fā)展。教師可基于學(xué)生的認知特點，通過創(chuàng)設(shè)情境、合作學(xué)習(xí)以及遷移應(yīng)用等方式，拓展生物學(xué)概念模型教學(xué)的途徑。（一）創(chuàng)設(shè)情境教師要通過創(chuàng)設(shè)情境等方法，有意識地調(diào)動學(xué)生的積極性，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和熱情，增強學(xué)生自主探究的動力，從而助力學(xué)生在自主探究的過程中建構(gòu)完善的生物學(xué)概念模型［2］。以人教版生物學(xué)七年級上冊“植物對水分的吸收和運輸”的教學(xué)為例。首先，筆者通過多媒體設(shè)備展示蘇鐵、銀杏、紅豆杉等常見的裸子植物。其次，筆者創(chuàng)設(shè)問題情境：“紅豆杉可用于提煉紫杉醇，而紫杉醇對于防癌抗癌起著有效作用。因此，大量的紅豆杉被剝掉外皮，導(dǎo)致樹木死亡。為什么紅豆杉被剝掉外皮后，會出現(xiàn)死亡的現(xiàn)象？”最后，筆者引導(dǎo)學(xué)生自主探究，讓學(xué)生直觀地認識韌皮部的運輸功能，助力學(xué)生建構(gòu)完善的生物學(xué)概念模型。（二）合作學(xué)習(xí)科學(xué)思維視域下的生物學(xué)概念模型教學(xué)十分注重對學(xué)生思維的引導(dǎo)。教師可通過調(diào)動課堂氛圍、組織學(xué)生合作學(xué)習(xí)等途徑，促進學(xué)生碰撞思維、發(fā)散思維，從而實現(xiàn)多角度地、全面地建構(gòu)生物學(xué)概念模型。以人教版生物學(xué)七年級下冊“神經(jīng)調(diào)節(jié)的基本方式”的教學(xué)為例。首先，筆者引導(dǎo)學(xué)生合作開展膝跳反應(yīng)的實驗。學(xué)生兩人一組，一人作為受試者坐在椅子上，一條腿著地，另一條腿自然地搭在著地的腿上；另一人用手掌內(nèi)側(cè)的邊緣迅速叩擊一下受試者上面那條腿的膝蓋韌帶，同時觀察這條腿有什么反應(yīng)。其次，筆者引導(dǎo)學(xué)生討論實驗結(jié)果，從而得出“人體通過神經(jīng)系統(tǒng)，對外界或內(nèi)部的各種刺激所發(fā)生的有規(guī)律的反應(yīng)，就叫反射”的結(jié)論。再次，筆者引導(dǎo)學(xué)生在此基礎(chǔ)上，研究反射的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)—反射弧。學(xué)生合作分析，認識到“反射是通過一定的神經(jīng)結(jié)構(gòu)—反射弧完成的”。最后，筆者鼓勵學(xué)生合作繪制反射弧的結(jié)構(gòu)模式圖（如圖1所示），從而建構(gòu)科學(xué)思維視域下的生物學(xué)概念模型。（三）遷移應(yīng)用教師應(yīng)有意識地引導(dǎo)學(xué)生基于生物學(xué)概念模型解決實際問題，從而提高學(xué)生思維的靈活性與敏捷性。以人教版生物學(xué)七年級下冊“尿的形成和排出”的教學(xué)為例。首先，筆者通過多媒體設(shè)備展示泌尿系統(tǒng)的組成示意圖，從而引導(dǎo)學(xué)生認識泌尿系統(tǒng)是由哪些器官組成的。其次，筆者通過多媒體設(shè)備展示尿的形成過程示意圖，讓學(xué)生討論腎小球、腎小囊、腎小管的作用。再次，筆者聯(lián)系生活，引導(dǎo)學(xué)生分析健康人的尿液中有沒有葡萄糖。最后，學(xué)生明確腎小管有重新吸收的作用，當健康人的原尿流經(jīng)腎小管時，全部的葡萄糖、大部分的水和無機鹽就被腎小管重新吸收。因此，健康人的尿液中沒有葡萄糖。三、指向?qū)W生的認知過程，探析生物學(xué)概念模型教學(xué)的策略科學(xué)思維視域下生物學(xué)概念模型教學(xué)的策略應(yīng)注重學(xué)生的認知過程，同時為學(xué)生提供科學(xué)的思維方法，讓學(xué)生經(jīng)歷完整的知識認知和模型建構(gòu)過程，從而強化學(xué)生的科學(xué)思維。（一）分析數(shù)據(jù)分析數(shù)據(jù)是學(xué)習(xí)生物學(xué)必不可少的能力。學(xué)生需要對數(shù)據(jù)進行分析，從而準確歸納與概括生物學(xué)知識。因此，教師應(yīng)該有針對性地設(shè)計課堂中的數(shù)據(jù)分析環(huán)節(jié)，發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維。以下列選擇題為例。青蒿素（可從黃花蒿中提?。┳鳛榭汞懰幤吠茝V后，黃花蒿種植發(fā)展迅速。某研究小組探究“氮肥濃度對青蒿素產(chǎn)量的影響”，得到如圖2所示結(jié)果，下列分析正確的是（）。A.氮肥的濃度越高，青蒿素的產(chǎn)量越高。B.本實驗無法確定450千克/公頃以內(nèi)氮肥的最佳施用濃度。C.氮肥濃度為450千克/公頃時，青蒿素產(chǎn)量大于其為150千克/公頃時。D.氮肥濃度大于300千克/公頃時，對青蒿素產(chǎn)量起抑制作用。針對這一問題，筆者先引導(dǎo)學(xué)生回顧植物生長與肥料之間的關(guān)系，再結(jié)合題目的數(shù)據(jù)建構(gòu)生物學(xué)概念模型。通過建構(gòu)生物學(xué)概念模型和分析數(shù)據(jù)，學(xué)生可得出結(jié)論：氮是植物生長必不可少的元素，但是氮肥濃度過高反而可能對植物的生長起抑制作用。（二）探究實驗批判性思維與創(chuàng)新思維不僅是學(xué)生發(fā)展進步的基礎(chǔ)，還是一種重要的科學(xué)思維方式。教師在課堂設(shè)計的過程中應(yīng)注重培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維和創(chuàng)新思維。在生物學(xué)教學(xué)中，教師組織學(xué)生開展探究實驗，有利于拓寬學(xué)生的思維空間，有效培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維和創(chuàng)新思維。以人教版生物學(xué)七年級上冊“種子的萌發(fā)”的教學(xué)為例。筆者組織學(xué)生開展探究實驗，讓學(xué)生對種子萌發(fā)的條件進行模型建構(gòu)。首先，筆者向?qū)W生提出問題：“在什么樣的條件下種子才能萌發(fā)呢？”其次，筆者引導(dǎo)學(xué)生作出假設(shè)，如種子的萌發(fā)需要水分、空氣以及溫度等。再次，筆者引導(dǎo)學(xué)生合作設(shè)計實驗方案。在此基礎(chǔ)上，筆者為學(xué)生補充實驗組和對照組的有關(guān)知識，幫助學(xué)生完善實驗方案。最后，學(xué)生分組按照實驗方案進行實驗，認真記錄種子的萌發(fā)情況，并得出“適宜的溫度、一定的水分和充足的空氣都是種子萌發(fā)所需要的條件”的結(jié)論。此時，有的學(xué)生提出問題：“光照是不是種子萌發(fā)所需要的條件呢？”還有的學(xué)生提出問題：“滿足上述條件，種