“血管示意圖”模型構(gòu)建的概念表征研究

王 威 吳 霞 成欣耘

(四川師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院 成都 610101)

1 研究的問(wèn)題

模型是概念表征的一種載體，是對(duì)所描述事物的簡(jiǎn)化模擬，通過(guò)解釋事物如何或可能如何運(yùn)轉(zhuǎn)而加深人們對(duì)事物的理解。模型分為10類，包括尺度模型、教學(xué)的類比模型、數(shù)學(xué)模型和示意圖等，其中示意圖使人產(chǎn)生視覺(jué)化的效果，是表征模式或反應(yīng)路徑的模型[1]。本文以人教版《生物學(xué)》七年級(jí)下冊(cè)教材中關(guān)于“血管”的科學(xué)概念為例，根據(jù)血管在人體的分布路徑構(gòu)建“血管示意圖”模型來(lái)表征血管的科學(xué)概念。

2 血管科學(xué)概念

2.1 編制血管的子概念描述表 首先梳理關(guān)于血管的科學(xué)概念，再提取動(dòng)脈、毛細(xì)血管、靜脈和靜脈瓣膜4個(gè)子概念，分別編號(hào)為A、B、C、D。每個(gè)子概念的描述如表1所示。

表1 血管科學(xué)概念的子概念描述

“子概念描述”描述了每一個(gè)子概念的多個(gè)特征，如動(dòng)脈這個(gè)子概念的概述涉及其分布、結(jié)構(gòu)和內(nèi)部血液流速等。通過(guò)該表將血管科學(xué)概念的所有子概念進(jìn)行描述，架構(gòu)了完整、系統(tǒng)的血管科學(xué)概念。

2.2 梳理血管科學(xué)概念的科學(xué)概念片段 血管科學(xué)概念的描述，不便于學(xué)生把握概念所描述的多個(gè)特征。因此，可將每個(gè)子概念根據(jù)要素進(jìn)一步劃分為科學(xué)概念片段，在概念教學(xué)5要素的基礎(chǔ)上劃分出7個(gè)要素，分別為“語(yǔ)詞”、“結(jié)構(gòu)”、“功能”、“分布”、“實(shí)例”、“外部聯(lián)系”“內(nèi)部聯(lián)系”，依次編碼為a、b、c、d、e、f和g。沿用概念教學(xué)要素中的“語(yǔ)詞”和“實(shí)例”，編碼為a與e。將“內(nèi)涵”進(jìn)一步劃分為“結(jié)構(gòu)”“功能”“分布”3個(gè)要素，進(jìn)而描述血管科學(xué)概念所具的3種特有屬性，分別對(duì)應(yīng)b、c和d。根據(jù)血管知識(shí)特點(diǎn)與學(xué)習(xí)者的需要?jiǎng)h除“外延”與“前科學(xué)概念”兩項(xiàng)要素。為更好地幫助學(xué)生建構(gòu)科學(xué)概念，促進(jìn)各個(gè)子概念間的聯(lián)系，形成系統(tǒng)化的概念體系，確定子概念要素“內(nèi)部聯(lián)系”，對(duì)應(yīng)g，表示3類血管及靜脈瓣膜之間存在的聯(lián)系。血管、心臟和血液是學(xué)生理解整個(gè)血液循環(huán)系統(tǒng)的基礎(chǔ)，為有效幫助學(xué)生理解整個(gè)血液循環(huán)系統(tǒng)，確定要素“外部聯(lián)系”，對(duì)應(yīng)f，表示血管與血流速度間的聯(lián)系。

所構(gòu)建的4個(gè)子概念與7個(gè)要素形成的矩陣構(gòu)成血管科學(xué)概念細(xì)化表如表2所示，其中將細(xì)化的內(nèi)容稱為科學(xué)概念片段。

表2 “血管”科學(xué)概念細(xì)化

表中每個(gè)子概念對(duì)應(yīng)的一個(gè)要素即一個(gè)科學(xué)概念片段，其中子概念D的要素e、f、g缺失的原因?yàn)殪o脈瓣膜不存在實(shí)例，無(wú)要素e；靜脈瓣膜與動(dòng)脈和毛細(xì)血管之間沒(méi)有聯(lián)系，與靜脈的聯(lián)系已經(jīng)在要素d“分布”中體現(xiàn)，不存在要素g“內(nèi)部聯(lián)系”；靜脈瓣膜的外部聯(lián)系，即與靜脈的關(guān)系已經(jīng)在要素c“功能”中體現(xiàn)，因此不存在要素f“外部聯(lián)系”。因?yàn)榕c心臟的聯(lián)系已在 “實(shí)例”以及 “功能”中體現(xiàn)。因此，不再單獨(dú)作為一個(gè)要素。經(jīng)整理細(xì)化表共劃分出25個(gè)科學(xué)概念片段。

2.3 血管概念模型表征 結(jié)合血管科學(xué)概念細(xì)化表，采用圖文結(jié)合的方式構(gòu)建模型——血管示意圖，使重點(diǎn)呈現(xiàn)的血管科學(xué)概念形象化、簡(jiǎn)潔化(圖1)。

圖1 血管科學(xué)概念示意圖模型

示意圖中橫行對(duì)應(yīng)概念細(xì)化表中的4個(gè)子概念，縱列對(duì)應(yīng)表中的7個(gè)要素，所形成的二維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)涵蓋劃分出的25個(gè)科學(xué)概念片段。

插圖的細(xì)節(jié)過(guò)多，雖然能更好地反映真實(shí)情況，卻不易被理解，容易分散學(xué)生的注意力[4]。因此根據(jù)科學(xué)概念的7個(gè)要素，用圖形、文字等重點(diǎn)呈現(xiàn)每個(gè)要素所對(duì)應(yīng)的科學(xué)概念，而對(duì)其他要素的科學(xué)概念進(jìn)行弱化。例如，在要素“分布d”中僅僅展示3類血管以及靜脈瓣膜分布的特點(diǎn)，而不呈現(xiàn)要素“外部聯(lián)系f”中血液流速的特點(diǎn)。因部分概念片段不便于用圖形的方式呈現(xiàn)，在示意圖中加入適當(dāng)?shù)奈淖诌M(jìn)行補(bǔ)充解釋，如概念片段Bf，即毛細(xì)血管的血流速度最慢。

由于動(dòng)脈、靜脈和毛細(xì)血管的功能有所不同。因此，將“表1”中的要素c“功能”分解為“功能c1”(對(duì)應(yīng)動(dòng)脈和靜脈功能)與“功能c2”(對(duì)應(yīng)毛細(xì)血管功能)。同理，將“表1”中要素e“實(shí)例”分解為“實(shí)例e1”(對(duì)應(yīng)上下腔靜脈和肺動(dòng)脈)和“實(shí)例e2”(對(duì)應(yīng)肺靜脈和主動(dòng)脈)。

考慮到插圖比例不恰當(dāng)會(huì)影響插圖的有效性，容易使學(xué)生形成錯(cuò)誤概念。因此，在構(gòu)建“血管示意圖”模型時(shí)，須注意線條之間粗細(xì)和距離長(zhǎng)短的比例，以及箭頭長(zhǎng)短的比例。例如，在“結(jié)構(gòu)b”中用粗線條表示較粗的動(dòng)脈壁；細(xì)線條表示較細(xì)的靜脈壁，動(dòng)脈的管徑小。 “外部聯(lián)系f”中用較長(zhǎng)的箭頭表示動(dòng)脈中血液流速快，用短箭頭表示靜脈中血液流速慢。此外，“功能c1”“功能c2”中用箭頭方向表示血液流動(dòng)和物質(zhì)運(yùn)輸?shù)姆较颉?/p>

3 小結(jié)及建議

本文將血管的科學(xué)概念按照4個(gè)子概念與7個(gè)要素劃分成25個(gè)科學(xué)概念片段，通過(guò)構(gòu)建“血管示意圖”模型對(duì)25個(gè)科學(xué)概念片段從特征、形象和語(yǔ)義3個(gè)方面進(jìn)行表征，將原本抽象、復(fù)雜的知識(shí)用更加形象簡(jiǎn)單的圖示呈現(xiàn)，將不可見(jiàn)的血管可視化，幫助學(xué)習(xí)者構(gòu)建血管科學(xué)概念。

基于理論與實(shí)踐得到的“血管科學(xué)概念示意圖模型”不僅為教學(xué)插圖的“血液循環(huán)途徑示意圖”的進(jìn)一步豐富與完善提供了教學(xué)資源，同時(shí)也為表征科學(xué)概念提供可借鑒的依據(jù)。教師可利用“血管示意圖”模型完善學(xué)生的科學(xué)概念，也可用作教學(xué)評(píng)價(jià)工具評(píng)估學(xué)生對(duì)科學(xué)概念錯(cuò)誤的理解。

該科學(xué)概念示意圖模型的編制方法可類比遷移至其他內(nèi)容章節(jié)或其他學(xué)科，實(shí)現(xiàn)更大范圍的科學(xué)概念的表征。