基于模型建構的初中生物概念教學研究

許明

《義務教育生物學課程標準（2011年版）》突出50個重要概念。生物學概念的形成并不是一個被動的接受過程，而是一個主動的建構過程，是學生在自己的頭腦中建構與發展生物學認知的過程。對一些無法通過實驗直接建構的概念，模型不失為一種“四兩撥千斤“的方法。筆者帶領名師工作室成員進行了相關的課題研究，現結合實踐談談對模型建構概念教學的一些思考。

一、模型建構的概念類型——哪些概念需要運用模型來建構

（一）第一類：微觀的概念

這類概念的原型是微觀的、肉眼看不到的、學生難以想象的。由科技館中的生物模型得到啟示，用橡皮泥、廢電線、毛線等制作“放大版”模型，舍棄其中非本質的細節，以簡化、直觀、放大的形式建構模型，呈現各種復雜結構、功能和本質，可以使微觀的概念清晰呈現。如細胞、神經元、小腸絨毛等。

（二）第二類：宏觀的概念

這類概念的原型比較宏觀，學生難以整體把握，制作“縮小版”的模型，讓概念的各部分結構得以整體呈現，便于學生發現、歸納、總結出實質。如在“生態系統”的學習中讓學生制作“生態瓶”，通過“縮小版池塘生態系統”分析出生態系統的內涵和外延。

（三）第三類：抽象、動態的規律

此類概念教師常用的方法是圖解法，由于缺乏體驗，理解起來有些費勁。采用“理想模型法”，讓學生移一移、動一動、拼一拼、擺一擺，化靜為動，化抽象為具體，在體驗中構建概念。如在“人類性別決定”中，可利用卡紙制作X、Y染色體圖像模型，通過“模擬生寶寶”活動體驗性別遺傳的過程。

（四）第四類：周期長的生命現象、自然現象

“自然選擇”“生物適應環境”等過程是周期長、復雜的生命現象，這些概念中不變中有變，利用多媒體技術制作課件，學生真正動手的機會還是不多，對概念的理解大多處于一知半解狀態，利用模型法讓學生模擬其過程，可讓其在玩中發現。

二、模型建構概念的方法—— 如何運用模型建構概念

（一） 類比聯想法——揭示本質，把握內涵

類比是一種邏輯推理，它通過聯想，把異常的、未知的事物對比尋常的、熟悉的事物，然后依據兩個對象之間存在著的某種類似或相似的關系，從已知對象具有的某種性質推出未知對象具有相應的一種性質。在教學中，我們可巧妙地創設屬性相同的模型制作活動，讓學生體驗，然后通過類比聯想的方法，將所得的體驗與將學習的新概念聯系起來，構建新的概念體系，使難點不攻而破。

案例1 制作五珠蛇（蛋白質種類）教學片段

“紅紅藍黃綠、藍藍黃綠紅…… ”教室里學生交流著自己做好的一條條“蛇”。

在學習“蛋白質種類”時，老師神秘地拿出了許多紅、綠、藍、黃四種顏色能拼裝的珠子，讓學生用任意五顆珠子拼裝“蛇”。

兩分鐘后，學生驚奇地發現：拼裝出來的“五珠蛇”各不相同。

“假如給你足夠的時間，你能制造出多少種五珠蛇？”老師不失時機追問道。

“45=1024種。”學生很快計算出。

“有20種氨基酸能合成蛋白質，假如每種蛋白質是由200個氨基酸組成的，可能有多少種蛋白質？”

“20200≈1.607×10260”

“實際上，蛋白質不止由200個氨基酸組成，蛋白質的種類是無止境的?！?/p>

……

在這個案例中，教師讓學生在拼裝“五珠蛇”的過程中去體驗、觀察、計算、分析、類比、聯想、發現。將抽象的概念具體化、形象化。在生物教學中，借“模型”來構建“概念體系”，采用類比聯想的方法，可起到化難為易、化抽象為具體、化腐朽為神奇的效果。

（二） 等效代替法—— 以熟代生，以簡代繁

當生活中模型與概念原型的作用效果相同時，可以相互之間進行等效替代，使概念理解變得簡單易懂。

案例2 模擬骨骼的作用

【活動內容】模擬骨骼的作用。

【活動目的】通過傘的結構和收放研究，體驗人體骨骼的作用。

【材料用具】傘（如圖1）。

【活動步驟】

①打開一把傘，傘面朝下放置，仔細觀察傘的內部結構。

②收起傘，體驗在收傘過程中傘柄和傘架是如何折疊的。

③預測暴風雨時，若使用一把沒有傘架的傘，會發生什么情況？

④推理：傘架的作用是什么？傘架和人體骨骼有哪些相似之處？又有哪些區別？

案例2中用學生熟悉的“傘”的結構與人體骨骼進行等效替換，這種等效替換“以熟代生”“以簡代繁”，讓學生更清晰地認識和把握概念的內涵，找到學習的途徑和方法。

（三）理想模型法—— 宏觀、微觀、概念的統一

理想模型法是以研究模型的方法來揭示概念的本質，是一種以簡化直觀的方式來顯示復雜、微觀、抽象的生物過程的手段。讓學生在操作、觀察、想象、類比等過程中理解生物現象的本質。其具體流程是：

初制模型 → 交流展示歸納總結 → 精制理想模型 → 使用理想模型

案例3 人類的性別決定

【活動內容】模擬人類性別遺傳的過程。

【方法步驟】

1.初制模型

課前布置實踐課題，自己選擇材料制作男女體細胞性染色體模型。

2.交流展示歸納總結

課堂伊始，由各組交流自己的制作成果：有乒乓球的、有橡皮泥的……并說明制作的理由，從中發現男女體細胞性染色體的不同。

3.精制理想模型

組織學生用剪刀在卡紙中剪出多個X、Y染色體備用，并擺弄、拼裝出男女體細胞性染色體的“理想模型”（如圖2）。

4.使用理想模型

（1）“理想模型”使用一——模擬生寶寶

①準備2個紙盒，標上標簽父親、母親，“父親”紙盒中放入剪下的X、Y染色體各一個，“母親”紙盒中放入剪下的兩個X染色體。

②兩人一小組，各代表父親、母親，在相應的紙盒中各隨機抽取一染色體，判斷“寶寶”的性別，重復10次，從中發現生男生女是由父親提供的染色體決定的。

③統計全班的“寶寶”性別，發現生男生女比例相等。

（2）“理想模型”使用二——構建遺傳圖解

利用剪下的多個X、Y染色體構建遺傳圖解，實現由現象到本質、感性到理性的升華。

在案例3中，從學生對微觀生物世界的好奇入手，與學生一起制作男女體細胞性染色體模型，再以這些“理想模型”為媒介，在一次次“觀察”“想象”“擺弄”“拆分”“組合”等活動中將研究深入，幫助學生輕松揭示概念本質。

（四）具象分析法—— 原型的 “再現”

具象分析法是指把概念的原型按比例放大或縮小制成模型，通過模型的研究來發現概念本質的方法。

案例4 瓶子里的世界

【活動內容】模擬生態系統。

【活動目的】通過“陸地生態系統”模型研究，認識生態系統的組成和成分。

【材料用具】剪好洗凈的透明廢棄大號飲料瓶、碎石、木炭、 泥土、苔蘚、植物、塑料匙、透明保鮮膜、大橡皮筋。

【活動步驟】

1. 建立模型

課前1周制作“陸地生態系統”，方案如下（如圖3）：

（1）將碎石鋪在剪好洗凈的透明廢棄大號飲料瓶底部，撒上一兩勺木炭，在碎石和木炭上鋪上厚厚的泥土，壓實。

（2）種上兩株植物，將植物莖周圍松散的泥土拍實，用水澆直到碎石層被水分浸濕。

（3）將苔蘚覆蓋在泥土上，包括植物莖的周圍，澆少量的水，放入兩條蟲子。

（4）用保鮮膜和橡皮筋把生態瓶裹起來，放在明亮的地方，避免陽光直射。

2. 觀察分析

將制作的生態系統模型中所有生物因素和非生物因素列舉出來。

3. 對照預測

制作多個相似的生態瓶，變化其中的動植物數量，觀察現象的不同，預測各成分在生態系統中的作用。

用具象分析法建構概念，將概念的原型通過放大或縮小的形式“重現”在學生面前，便于學生進行細致的觀察研究；同時變“靜” 為“動”，在模型的制作過程中更好地認識原型。

（五） 抽象分析法 —— 撥開云霧見青天

生物學中有些概念很“迷糊”，學生學起來會感到比較迷茫，思維受阻，這時，變具體的概念原型為抽象的數學模型或概念模型，會讓學生茅塞頓開。

案例5 擺弄出的精彩（生態系統具有一定調節能力）教學片段

“原來生態系統還能進行自動調節……”教室里學生頓悟道。

在“生態系統具有一定的自我調節能力”這一概念的教學中，筆者呈現了最簡單的“草原生態系統”，引出話題：今年風調雨順，草地長得特別好，老鼠會無節制增加嗎？老鷹數量又會怎樣變化？

活動1：組織學生構建草、鼠、鷹數量變化的概念模型（如表1）。

活動2：根據概念模型，組織學生利用白磁板、彩色磁鐵進一步構建草、鼠、鷹數量變化的數學模型，經過擺弄、交流、糾正、重擺后一下子變得簡單了，學生很快發現了規律（如圖4）。

案例5中，用抽象的數學模型建構具體的生物概念，使三種生物數量的發展趨勢得以清晰呈現。運用抽象分析法，將概念抽象成概念模型或數學模型，有助于更清晰地把握生物現象的狀態變化，預測發展的趨勢，有助于打破常規，進入新的創造性學習的境地。

三、模型建構概念的原則——模型建構概念要注意什么

（一）主動建構原則

“我聽見了，就忘記了；我看見了，就領會了；我做過了，就理解了。”這是美國華盛頓大學的一個條幅，它表明親身實踐的重要性。在模型建構概念中，要引導學生主動建構模型，讓建構實踐與概念探究相結合。而那些為了節省時間，將模型直接呈現在學生面前，這種“記模型”的教學行為不僅不利于概念的形成，而且還加重了學生的負擔。

（二）有利于理解原則

模型方法的使用要有利于學生理解概念。要根據概念類型合理地利用不同的方法最有效地建構概念，讓學生通過觀察、制作、分析、歸納、抽象、概括、類比、聯想等獲取信息，達到對概念最高效的理解與構建。

（三）簡易、簡化原則

模型的制作要遵循簡易性原則，要考慮到可操作性，盡量選用易獲取的材料，如價格便宜的材料、生活中常用的材料、廢棄的材料等。

模型的設計還應遵循簡化性原則，簡單又有針對性，保證課堂教學時間和教學準備的支出最經濟、最有效。過于繁雜的模型課堂達成度會大大下降，學生的興趣會降低。

在模型建構概念的過程中，在形式上是學生積極參與，實質上是思維的積極參與。在師生共同建構的過程中，為成功搭建了階梯，通過分析、比較、歸納、判斷和推理等思維活動，促進了概念的正確建構與思維能力的培養。