模型建構(gòu)在初中生物學(xué)概念教學(xué)中的應(yīng)用

鄭雪萍

[摘要]在“神經(jīng)調(diào)節(jié)的基本方式”的教學(xué)中，引導(dǎo)學(xué)生自制物理模型，掌握反射弧的結(jié)構(gòu)和原理，使概念直觀化、具體化，有助于學(xué)生理解;應(yīng)用圖式模型，使概念清晰化、簡明化;構(gòu)建概念模型，使知識結(jié)構(gòu)化、邏輯化;運(yùn)用數(shù)學(xué)模型，使概念深度化、外顯化。

[關(guān)鍵詞]模型建構(gòu);生物學(xué)概念;物理模型;圖式模型;概念模型;數(shù)學(xué)模型

[中圖分類號]

G633.91

[文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A

[文章編號] 1674-6058（ 2020）23-0089-03

模型是人們?yōu)榱四撤N特定目的而對認(rèn)識對象所做的一種簡化的概括性的描述。在生物學(xué)中，模型的類型主要包括物理模型、概念模型和數(shù)學(xué)模型。模型建構(gòu)是人類認(rèn)知和科學(xué)探究的基礎(chǔ)，簡稱“建?！?。生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)包括生命觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究和社會責(zé)任，模型建構(gòu)是“科學(xué)思維”核心素養(yǎng)中的方法之一，是學(xué)生學(xué)習(xí)、認(rèn)識事物的重要思維方法和能力。模型建構(gòu)有助于人們研究和理解難以直接觀察或過于龐雜的事物，有助于人們形成和修正對概念的理解?！读x務(wù)教育生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》中提到要凸顯重要概念的教學(xué)，模型建構(gòu)有利于學(xué)生對概念的學(xué)習(xí)和科學(xué)思維的培養(yǎng)。本文以人教版生物學(xué)七年級下冊《神經(jīng)調(diào)節(jié)的基本方式》一節(jié)為例，闡述模型建構(gòu)在初中生物學(xué)概念教學(xué)中的應(yīng)用。

一、自制物理模型，使概念直觀化、具體化

物理模型是以實(shí)物或者圖畫形式直觀表達(dá)認(rèn)識對象的特征。通過建構(gòu)物理模型能夠?qū)⑷庋垭y以直接觀察的結(jié)構(gòu)或過程簡單化、具體化和形象化。在《神經(jīng)調(diào)節(jié)的基本方式》一節(jié)中涉及的生物概念比較多，且復(fù)雜、抽象，學(xué)生難以理解。教學(xué)時，教師可引導(dǎo)學(xué)生自制物理模型，從而直觀理解概念。例如，關(guān)于“反射的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)——反射弧”，教材雖然結(jié)合生活情境以縮手反應(yīng)為例，并以圖文的方式闡述反射弧的結(jié)構(gòu)和完成縮手反射的過程，但是對于七年級的學(xué)生來說還是很抽象，他們難以用肉眼觀察到反射的過程。對此，在教學(xué)中可讓學(xué)生通過動手建構(gòu)物理模型，直觀觀察反射的過程，理解反射弧的結(jié)構(gòu)和反射過程中為什么會先縮手后感覺到痛的問題，從而建構(gòu)起反射弧的概念。圖1為反射弧動態(tài)物理模型的制作材料，有表示反射弧的各部分卡片、一次性塑料注射器（不帶頭）、塑料管或輸液管（大、?。?、防水膠帶、長尾夾、藍(lán)色的液體（玻璃水）、紅色橡皮泥。藍(lán)色液體模擬信號，塑料管模擬神經(jīng)，注射器模擬感受器。圖2是反射弧的動態(tài)物理模型，當(dāng)推動注射器時（感受器接受刺激），就能看到藍(lán)色液體（信號）隨塑料管先傳導(dǎo)到效應(yīng)器，再看到信號傳達(dá)到腦部，從而讓學(xué)生知道反射的過程和先縮手后感到疼的機(jī)理——完成縮手反射的路徑比感受到疼痛的反射短。

在模擬反射是如何進(jìn)行的過程中，可激發(fā)學(xué)生思考：“如果神經(jīng)沖動傳導(dǎo)途徑的某一環(huán)節(jié)出現(xiàn)障礙，反射還會發(fā)生嗎？反射弧完整，反射就一定會產(chǎn)生嗎？”這時可以提供長尾夾給學(xué)生，讓不同的小組模擬不同的環(huán)節(jié)出現(xiàn)障礙，然后分析出現(xiàn)障礙的原因。例如，有的小組模擬傳人神經(jīng)出現(xiàn)故障時，把傳入神經(jīng)用長尾夾夾著，這時學(xué)生可以看到信號無法傳遞到效應(yīng)器和大腦，故手不會縮，也不會感覺到疼痛。通過思考問題和動手操作，學(xué)生逐漸樹立生物結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的觀點(diǎn)，充分理解了反射弧這一抽象概念。同時學(xué)生在操作過程中還提出了改進(jìn)模型的想法。有的學(xué)生提出可以用透明小氣球模擬大腦、效應(yīng)器，這樣就能看到模擬大腦、效應(yīng)器的小氣球會鼓起來，表示看到了它們的反應(yīng)。有的學(xué)生提出用電路代替液體的流動，用小燈泡變亮表示受到刺激的反應(yīng)等。通過動態(tài)物理模型的建構(gòu)，不但深化了學(xué)生對概念的理解，而且激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)造力，提高了學(xué)生的思維能力和動手能力。

二、應(yīng)用圖式模型，使概念清晰化、簡明化

圖式模型是通過簡化的圖文表示特征的一種物理模型。前面通過動態(tài)物理模型理解了反射弧的結(jié)構(gòu)和反射的過程，學(xué)生有足夠的感性認(rèn)識，這時可借助圖式模型進(jìn)一步使概念清晰化和簡明化。例如.眨眼反射、膝跳反射、縮手反射等反射都是通過反射弧完成的，反射弧是完成反射的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，不同的反射弧有著共同的結(jié)構(gòu)模式（如圖3、圖4）。

通過圖式模型，讓學(xué)生分析歸納得出反射弧的結(jié)構(gòu)模式都包含感受器、傳人神經(jīng)、傳出神經(jīng)、神經(jīng)中樞和效應(yīng)器五個結(jié)構(gòu)，同時讓學(xué)生思考膝跳反射和縮手反射的神經(jīng)中樞在什么地方。由此讓學(xué)生知道有些反射的神經(jīng)中樞在脊髓，有些反射的神經(jīng)中樞在大腦，從而為后面學(xué)習(xí)簡單反射和復(fù)雜反射做好鋪墊。通過圖式模型，使學(xué)生的感性認(rèn)識上升到理性認(rèn)識，鍛煉了學(xué)生的抽象思維，使學(xué)生對反射弧的概念有更加清晰的認(rèn)識。

三、建構(gòu)概念模型，使知識結(jié)構(gòu)化、邏輯化

概念圖是思維工具，也是知識管理工具，是建構(gòu)概念模型的有效工具。教師可以利用概念圖讓學(xué)生梳理本節(jié)課的知識體系，建構(gòu)概念模型（如圖5）。在本節(jié)課中通過膝跳反射實(shí)驗(yàn)、生活實(shí)例建構(gòu)了反射的概念，通過縮手反射等實(shí)例、物理模型建構(gòu)起反射弧的概念，通過實(shí)例理解反射的類型。由此可以讓學(xué)生回顧并寫出本節(jié)課的關(guān)鍵知識和概念，建構(gòu)概念模型。不同學(xué)生建構(gòu)出來的概念模型是不一樣的，讓學(xué)生完成概念模型之后進(jìn)行展示和交流，不斷修正和完善自己的概念模型，進(jìn)一步加深學(xué)生對知識的理解。

通過列表的方式進(jìn)行概念模型建構(gòu)（如表1），有助于學(xué)生深刻理解概念。列表的方式能呈現(xiàn)概念之間的異同，幫助學(xué)生解決易錯點(diǎn)。通過列表舉例分析，學(xué)生知道不是所有的反射都必須經(jīng)大腦的參與，人和其他動物一樣，可以對具體的刺激，例如食物、光、聲音等建立起復(fù)雜的反射，但是人和動物是有區(qū)別的，人類還有特有的復(fù)雜反射，即能對抽象的語言、文字等信息發(fā)生反應(yīng)。人類之所以能夠?qū)Τ橄蟮恼Z言、文字等信息發(fā)生反應(yīng)，主要是人類的大腦皮層有語言中樞。

建構(gòu)概念模型的過程能夠?qū)W(xué)生的思維過程具體化，是對外部模型的建構(gòu)和檢驗(yàn)。通過概念圖、列表等方式建構(gòu)概念模型，可幫助學(xué)生理解復(fù)雜概念和抽象概念，以及概念與概念之間的關(guān)系。同時通過學(xué)生建構(gòu)的概念模型，可了解學(xué)生對知識掌握的程度，發(fā)現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)存在的問題，進(jìn)而及時幫助學(xué)生修正和完善對概念與概念之間關(guān)系的理解，并幫助學(xué)生完成對知識的結(jié)構(gòu)化和邏輯化的整理，有利于促進(jìn)概念的轉(zhuǎn)變。建構(gòu)概念模型是對學(xué)生思維更高要求的一種體現(xiàn)，不是一節(jié)課就能完成的，需要長期堅(jiān)持對每一節(jié)、每一章、每一個單元的知識進(jìn)行建模，促進(jìn)新舊知識以及新知識之間聯(lián)系的建立，從而形成對生物學(xué)知識更系統(tǒng)的認(rèn)識。

四、運(yùn)用數(shù)學(xué)模型，使概念深度化、外顯化

數(shù)學(xué)模型是關(guān)于部分現(xiàn)實(shí)世界和為一種特殊目的而做的一個抽象的、簡化的結(jié)構(gòu)，也就是現(xiàn)實(shí)世界中的客觀事物及其聯(lián)系在數(shù)據(jù)世界中是通過數(shù)學(xué)模型來描述的。本節(jié)課最后，學(xué)生小組合作設(shè)計(jì)探究“測定反應(yīng)速度”的實(shí)驗(yàn)，由學(xué)生提出問題、討論設(shè)計(jì)完整的探究方案，并實(shí)施方案。在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中，要求學(xué)生設(shè)計(jì)表格以記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。用表格數(shù)據(jù)來表示實(shí)體本身以及相互之間的聯(lián)系，是建立在數(shù)學(xué)理論上的，所以設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)記錄就是在建構(gòu)和運(yùn)用數(shù)學(xué)模型，學(xué)生需要考慮二維表格中的關(guān)系。在這種情況下，教師可引導(dǎo)學(xué)生通過對探究問題進(jìn)行分析，設(shè)置對照實(shí)驗(yàn)，確定實(shí)驗(yàn)變量。

例如，研究的問題是“同一個人注意力集中和注意力不集中時的反應(yīng)速度是否相同”，那么設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)表格時，學(xué)生要記錄的是人注意力集中時的反應(yīng)速度和注意力不集中時的反應(yīng)速度，這個反應(yīng)速度是通過什么方法來獲得呢？也需要學(xué)生考慮，課本提示尺子刻度值的大小可以反映實(shí)驗(yàn)者的反應(yīng)速度。如圖6是探究實(shí)驗(yàn)“測定反應(yīng)速度”中A學(xué)生拇指和食指在開始和結(jié)束時的位置。能夠反映A學(xué)生反應(yīng)速度的刻度值（單位：cm）是5 cm。然后考慮實(shí)驗(yàn)的重復(fù)原則，需要多次獲取數(shù)據(jù)，并取得平均值，因此數(shù)據(jù)表格中應(yīng)該還有測量的次數(shù)，從而建構(gòu)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表（如表2）。

最后讓學(xué)生分析數(shù)據(jù)，得出結(jié)論。還可以通過把幾個小組的數(shù)據(jù)進(jìn)行整合分析，得出更有說服力的結(jié)論。

數(shù)學(xué)模型能夠把復(fù)雜關(guān)系簡單化、外顯化，讓學(xué)生能抓住事物本質(zhì)進(jìn)行分析，有助于學(xué)生理解能力和探究能力的發(fā)展。

模型的優(yōu)點(diǎn)是呈現(xiàn)了復(fù)雜生命現(xiàn)象中的本質(zhì)，有利于學(xué)生對復(fù)雜事物和概念的理解。然而，模型只是具體事物和過程的一種近似的表示方法，不可能完全代表實(shí)際事物和過程。因此，在模型建構(gòu)教學(xué)中，要注意不要用模型把事物和過程太簡單化和固化，這不利于學(xué)生對事物和過程的全面認(rèn)識。應(yīng)讓學(xué)生明白模型只是認(rèn)識世界的一種方法，而不是萬能的。我們在模型建構(gòu)的過程中，現(xiàn)有的模型并非是一直不變的，再好的科學(xué)模型也只是某個階段認(rèn)識上的反映，它是可以不斷去改進(jìn)和修正的。在這一過程中，可讓學(xué)生不斷地去建構(gòu)、應(yīng)用和檢驗(yàn)?zāi)Ｐ?，更好地掌握模型建?gòu)的方法，促進(jìn)學(xué)生生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展。

[參考文獻(xiàn)]

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（責(zé)任編輯 黃春香）