基于核心素養(yǎng)的模型建構(gòu)概念的教學(xué)策略

肖安慶

摘 要 從模型建構(gòu)概念的理論基礎(chǔ)入手，將適合模型建構(gòu)的概念分為微觀概念、宏觀概念、抽象動(dòng)態(tài)的規(guī)律和周期長的生命規(guī)律等四種概念，舉例分析了基于模型建構(gòu)概念的六種教學(xué)策略。

關(guān)鍵詞 模型建構(gòu)概念 核心素養(yǎng) 教學(xué)策略

中圖分類號 G633.91 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 B

模型是人們?yōu)榱颂囟ǖ哪康模瑢δ骋皇挛镞M(jìn)行實(shí)物化、形象化、抽象化或簡單化描述，是與真實(shí)物體、某一事物對應(yīng)的具有解釋力的試探體系或結(jié)構(gòu)。2014年頒發(fā)的《教育部關(guān)于全面深化課程改革落實(shí)立德樹人根本任務(wù)的意見》強(qiáng)調(diào)學(xué)生核心素養(yǎng)體系——研究提出各學(xué)段學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)體系，完善課程教學(xué)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。模型建構(gòu)思想是《普通高中生物課程標(biāo)準(zhǔn)》的重要思維方法。培養(yǎng)學(xué)生模型建構(gòu)的能力，能夠促進(jìn)學(xué)生理解核心概念的形態(tài)、特征和本質(zhì)，提高學(xué)生的核心素養(yǎng)能力，是科學(xué)研究中重要的認(rèn)識手段和思維方式。

1 理論基礎(chǔ)

模型建構(gòu)的理論基礎(chǔ)為建構(gòu)主義理論。以皮亞杰和布魯納為代表的認(rèn)知主義學(xué)習(xí)觀認(rèn)為，客觀的知識結(jié)構(gòu)通過個(gè)體與之交換作用而內(nèi)化為認(rèn)知結(jié)構(gòu)。美國教育學(xué)家戴爾在《視聽教學(xué)法》提出“經(jīng)驗(yàn)之塔”理論，對經(jīng)驗(yàn)的獲得進(jìn)行了描述，將經(jīng)驗(yàn)分為做的經(jīng)驗(yàn)、觀察經(jīng)驗(yàn)和抽象經(jīng)驗(yàn)（圖1）共10個(gè)層次。

經(jīng)驗(yàn)之塔理論的層次中，設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)是通過標(biāo)本模型等間接材料獲得的經(jīng)驗(yàn)，標(biāo)本模型是通過人為設(shè)計(jì)仿造的應(yīng)用于教學(xué)的事物。戴爾指出，經(jīng)驗(yàn)之塔的底層經(jīng)驗(yàn)是最具體的，越往上越抽象；學(xué)科教學(xué)不能終止于具體經(jīng)驗(yàn)，要向抽象和普遍發(fā)展，形成概念，才能上升為抽象經(jīng)驗(yàn)。目前，中學(xué)生物教學(xué)普遍的問題是：學(xué)生死記硬背一些概念，不能有效地將具體概念轉(zhuǎn)化為抽象的經(jīng)驗(yàn)。這些問題的解決應(yīng)通過模型建構(gòu)，從做的經(jīng)驗(yàn)開始，將概念和定理轉(zhuǎn)化為抽象的經(jīng)驗(yàn)。

2 基于核心素養(yǎng)的模型建構(gòu)概念的類型

2.1 微觀的概念

某些微觀概念的原型因微小難以構(gòu)建概念。建構(gòu)模型時(shí)，教師應(yīng)去除它們非本質(zhì)的部分，以直觀、放大、簡化的形式構(gòu)建模型，使微觀的概念清晰化、直觀化，如細(xì)胞的微觀結(jié)構(gòu)，基因結(jié)構(gòu)的構(gòu)建。

2.2 宏觀的概念

某些宏觀概念的原型雖較大，但學(xué)生很難整體把握。建構(gòu)模型時(shí)，教師應(yīng)整體呈現(xiàn)各部分結(jié)構(gòu)，讓學(xué)生通過發(fā)現(xiàn)問題再歸納本質(zhì)，如生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的構(gòu)建。

2.3 抽象、動(dòng)態(tài)的規(guī)律

處理抽象動(dòng)態(tài)的規(guī)律，教師經(jīng)常采用講授的方式。但由于學(xué)生缺乏體驗(yàn)，理解這類概念比較困難。建構(gòu)這類模型時(shí)，教師可以變講授為體驗(yàn)，化抽象為具體，化動(dòng)態(tài)為游戲，讓學(xué)生在拼擺的環(huán)節(jié)中構(gòu)建概念，如光合作用與呼吸作用的過程、有絲分裂與減數(shù)分裂的過程、興奮的傳導(dǎo)與傳遞、生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)利用與能量流動(dòng)的過程等概念的構(gòu)建。

2.4 周期長的生命規(guī)律

某些生命規(guī)律由于周期長，生命規(guī)律復(fù)雜，如果僅僅通過課件展示，學(xué)生不容易理解。建構(gòu)這類模型時(shí)，教師可讓學(xué)生在模擬概念過程中理解生命規(guī)律，如現(xiàn)代生物進(jìn)化和基因分離定律模擬實(shí)驗(yàn)的建構(gòu)。

3 基于核心素養(yǎng)的模型建構(gòu)概念的教學(xué)策略

3.1 理想模型法

通過建立模型來揭示原型的形態(tài)、特征和本質(zhì)的方法稱為理想模型法。理想模型法是物理學(xué)中經(jīng)常使用的一種研究方法。它的特點(diǎn)是強(qiáng)調(diào)研究對象的主要特征，忽略次要特征，通過讓學(xué)生觀察、想象、類比、操作的環(huán)節(jié)，來揭示宏觀、微觀概念的本質(zhì)。其流程為：初制模型→交流展示歸納總結(jié)→精制理想模型→使用理想模型。

案例1：制作生物膜模型。

（1） 初制模型。

課前布置家庭作業(yè)，小組合作制作生物膜模型。

（2） 交流展示歸納總結(jié)。

課堂上，各小組分別展示自己的生物膜模型。有的小組用乒乓球做磷脂分子的親水頭，用兩根電線絲從中穿孔作為疏水尾；有的小組用布料做材質(zhì)；有的小組用橡皮泥做材質(zhì)等課堂討論，討論制作理想的模型。

（3） 精制理想模型。

組織學(xué)生用解剖針在乒乓球上打孔，將小段電線對折后插入孔內(nèi)，構(gòu)成磷脂分子，鄰近的乒乓球用電線連接好，構(gòu)成磷脂分子層。用白色泡沫當(dāng)做蛋白質(zhì)，在白色泡沫周圍圍上兩層乒乓球，構(gòu)成生物膜的理想模型。

（4） 使用理想模型。

扳動(dòng)相鄰的兩塊泡沫，模擬蛋白質(zhì)和磷脂分子的運(yùn)動(dòng)。

在該實(shí)踐活動(dòng)中，學(xué)生從生物膜的微觀結(jié)構(gòu)入手，通過觀察、想象，制作等環(huán)節(jié)層層深入，有利于學(xué)生理解生物膜的概念本質(zhì)。

3.2 類比聯(lián)想法

類比聯(lián)想法是指運(yùn)用已有的知識、經(jīng)驗(yàn)，把類似陌生事物進(jìn)行比較，創(chuàng)造性地突破教學(xué)難點(diǎn)的教學(xué)策略。其過程可分解為：（1） 類比，在新舊問題間找出相似的地方；（2） 聯(lián)想，類比產(chǎn)生的信息引起的對已有知識的回憶。通過類比聯(lián)想，找出某種相似事物中的同種性質(zhì)，在類比中聯(lián)想，從而升華思維，既模仿又有創(chuàng)新。

案例2：關(guān)于激素特異性類比的教學(xué)片斷。

教師拿出自己的手機(jī)，撥打自己的另一個(gè)手機(jī)號碼，提問：“我的手機(jī)信號如何發(fā)射？”

學(xué)生答：“四周。”

教師問：“為什么僅僅是另一個(gè)手機(jī)會響？”

學(xué)生答：“只有這只手機(jī)能接受這種信號。”

教師說：“激素的分泌也是如同手機(jī)信號流向四周，但只有相關(guān)受體才能識別這一激素。”

教師以手機(jī)信號類比激素傳遞的信息，接受這一信號的手機(jī)類比成特異性受體，通過類比聯(lián)想教學(xué)法，形象地使學(xué)生掌握激素特異性這一概念。

3.3 具象分析法

具象即具體的形象。具象分析法是將概念的原型構(gòu)建模型進(jìn)行放大或縮小，來探索概念的本質(zhì)。它是感知記憶的結(jié)果，而且是在抽象思維的作用下，對概念本質(zhì)進(jìn)行選取、綜合的結(jié)果。

案例3：探索環(huán)境因素對光合作用的影響。

將一株綠色植物放在一個(gè)密閉的錐形瓶中。在瓶口放一個(gè)測定瓶中CO2濃度的傳感器，傳感器的另一端與計(jì)算機(jī)連接，以檢測一段時(shí)間內(nèi)瓶中CO2濃度的變化。根據(jù)實(shí)驗(yàn)所測數(shù)據(jù)繪制CO2濃度與光合作用之間關(guān)系的曲線圖。

具象分析法建構(gòu)模型是將概念原型以放大或縮小的形式再現(xiàn)在學(xué)生面前，通過直接觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果，幫助學(xué)生理解環(huán)境因素對光合作用的影響，更好地認(rèn)識概念的本質(zhì)。

3.4 抽象分析法

抽象是通過分析與綜合的途徑，運(yùn)用概念在人腦中再現(xiàn)對象的質(zhì)和本質(zhì)的方法。抽象分析法是將難以理解的概念轉(zhuǎn)化成數(shù)學(xué)模型或概念模型進(jìn)行分析，幫助學(xué)生理解概念的方法。

案例4：DNA復(fù)制的相關(guān)計(jì)算教學(xué)片段。

親代細(xì)胞DNA分子用15N標(biāo)記，放在含14N的培養(yǎng)液中復(fù)制1次，子代DNA分子的數(shù)量為2，復(fù)制2次，子代DNA分子的數(shù)量為4，由此推導(dǎo)復(fù)制n次，子代DNA分子的數(shù)量為2n，繼續(xù)推導(dǎo)含15N的DNA分子占子代總DNA分子的比值為2/2n，子代的脫氧核苷酸鏈條數(shù)為2n+1；含15N的脫氧核苷酸鏈條數(shù)為2，占總數(shù)2/2n+1；含14N的脫氧核苷酸鏈占總數(shù)的（2n+1-2）/2n+1。

學(xué)生通過數(shù)學(xué)模型，分析了DNA復(fù)制的相關(guān)概念，輕松地把握生物現(xiàn)象的狀態(tài)變化，達(dá)到“撥開云霧見青天”的效果。

3.5 比較分析法

比較分析法是把相似的概念加以比較，以達(dá)到認(rèn)識事物的本質(zhì)和規(guī)律并作出正確的評價(jià)。高中生物教學(xué)中，教師可以引導(dǎo)學(xué)生利用比較分析法對相似概念進(jìn)行比較，揭示它們之間的差異和共性，提高學(xué)生分析問題、解決問題的能力。如引導(dǎo)學(xué)生列表比較自由擴(kuò)散、協(xié)助擴(kuò)散和主動(dòng)運(yùn)輸三種跨膜方式，找出三者間的區(qū)別與聯(lián)系，從而準(zhǔn)確掌握概念本質(zhì)。

3.6 等效代替法

等效替代法是在某種相同的特性和關(guān)系下，將某一概念轉(zhuǎn)化為等效、簡易問題的研究方法。掌握等效替代法及應(yīng)用，體會等效思想的內(nèi)涵，有助于提高學(xué)生的生物學(xué)素養(yǎng)，初步形成科學(xué)的世界觀和方法論，為終身的學(xué)習(xí)、研究和發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

案例5：“染色體組——單倍體——多倍體”教學(xué)片段。

教師伸出一只手，說：“我的手指就長短而言有何特點(diǎn)？”

學(xué)生說：“三長兩短。”

教師說：“我的手指就是一個(gè)染色體組，黑板上有幾個(gè)染色體組？”說完在黑板上重重按壓一下，留下清晰的痕跡。

學(xué)生說：“一個(gè)染色體組。”

教師說：“由這樣的配子發(fā)育形成的個(gè)體為單倍體。那么以下有幾個(gè)染色體組？”在黑板上又按壓一下。

學(xué)生說：“兩個(gè)染色體組。”

教師說：“由受精卵發(fā)育而來的含有兩個(gè)染色體組的個(gè)體為二倍體”。教師依次講解三倍體、四倍體和多倍體的概念。

在該案例中，教師通過用自己的手指類比染色體組，將抽象問題具體化，巧借模型構(gòu)建概念體系，采用等效替代法，達(dá)到了揭示本質(zhì)、把握內(nèi)涵的目的。

4 結(jié)語

“我聽見了，就忘記了；我看見了，就領(lǐng)會了；我做過了，就理解了。”建構(gòu)模型首先應(yīng)該遵循主動(dòng)建構(gòu)的原則，這不僅有益于概念的形成，而且能激發(fā)學(xué)生主動(dòng)建構(gòu)模型的積極性。同時(shí)建構(gòu)模型還得遵循簡化性原則，在便于理解的前提下，通過觀察、聯(lián)想、類比、歸納、分析等思維活動(dòng)，促進(jìn)概念的構(gòu)建和思維的培養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)：

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