樣例及其在生物學教學中的應用

陶忠華

(浙江省富陽中學 杭州 311400)

樣例是一種能夠例說或表征抽象概念或原理的相對具體的實體，能展示同一類事物性質或值得模仿的榜樣[1]。從生物學科教學的角度，生物學樣例是生物學問題解決過程的展示，其中蘊含著問題解決的方法與策略(如“基因的分離定律”)；或是生物學概念、原理的一個具體“實體”對象(如“酶”)。因此，樣例可以作為教學載體向學生呈現科學家的問題解決過程或概念的形成過程。學生通過樣例學習，主動建構生物學認知圖式。本文分析總結了生物學教學中，如何有效利用樣例，提高學生對生物學概念的建構、理解與遷移，以發展學生的核心素養。

1 高中生物學教材中的樣例資源分析

高中生物教材中的樣例可以根據樣例結構呈現的完整性、樣例設置的目的、樣例的表征形式進行分類。

1.1 根據樣例結構呈現的完整性 根據樣例結構呈現可分為完整型與留白型兩類。

1.1.1 完整型樣例 樣例完整地呈現了問題解決的過程或概念的內涵與外延。例如“基因突變”，教材完整地呈現了基因突變的概念、類型、特點、誘發因素以及基因突變的機理等。

1.1.2 留白型樣例 樣例設計時，為激發學生的思考，促進對概念的理解，人為地缺少某些要素或步驟。例如“探究環境因素對光合作用的影響”活動的樣例，教材只是為學生展現了科學研究的框架，但具體內容多處留白：①僅列出影響光合作用的環境因素；②讓學生自主進行假設并設計實驗；③設計實驗數據記錄表；④預測實驗結果；⑤根據實驗設計方案進行實驗。

1.2 根據樣例設置的目的 根據樣例設置的目的可分為三類。

1.2.1 概念型樣例 樣例的目的是為了促進學生對概念、原理的理解與建構。例如“細胞全能性”的概念，教材使用了植物細胞的全能性與動物體細胞不表現出全能性的正反樣例；說明“蛋白質”的概念時，結合學生的生活經驗(頭發、指甲)，使抽象概念“實體”化。

1.2.2 問題解決型樣例 樣例展示了科學家的問題解決思路與過程，使學生能夠從樣例中獲取問題解決的策略與方法。例如“基因的分離定律”，教材詳細地呈現了性狀是如何遺傳的問題以及科學家如何進行問題解決的思路。

1.2.3 實踐操作型樣例 樣例的目的是要求學生能掌握具體的實踐技能。樣例通常設置問題引發學生的自我解釋，使學生知道“怎么做”和“為什么要這樣做”。如“制作并觀察植物細胞有絲分裂的臨時裝片”等。

1.3 根據樣例的表征形式 根據樣例對科學研究結果或過程的表征形式可分為四類。

1.3.1 定義式樣例 用高度概括的語句陳述概念(往往以結論性語句的形式出現)，然后輔以實例說明概念的內涵。這種樣例因為缺少了概念的形成過程而容易造成學生對概念理解和建構的困難，容易引起錯誤的遷移，如“基因重組”。

1.3.2 實驗型樣例 將概念的本質屬性或問題解決的思維、方法蘊含于實驗過程中，學生通過分析樣例而獲得概念或解決問題的方法與策略。例如，學生通過觀察分析“酶的催化效率”的演示實驗而獲得酶具有高效性的知識，通過學習“DNA復制過程的同位素示蹤實驗”而獲得DNA復制的特點、結果與研究DNA復制的科學方法。

1.3.3 科學史式樣例 將概念的形成與發展和科學家的觀念變化、思維方法等蘊含于科學史中，學生通過樣例學習而進行概念的建構、觀念的形成與思維方法的習得，如“酶的發現” “生長素的發現”等。

1.3.4 模型樣例 模型是將研究對象的本質屬性高度抽象化的思想客體，因為它的高度簡約化、直觀化而得以在生物學研究中廣泛應用，如細胞結構的模式圖、光合作用過程圖等直觀化的圖例，溫度、pH對酶作用的影響曲線、光強度對光合速率的影響曲線、種群數量的增長曲線等高度簡約化的數學模型。

2 利用樣例進行教學的策略

在生物學課堂教學中，教師要根據學生的知識經驗與認知特點，對教材樣例進行補充或教學方法的邏輯修飾，促進學生認知圖式的發展。

2.1 對復雜樣例進行有機拆分，并設立子目標 對于復雜樣例(如“基因的表達”)，學生學習時會產生較高的認知負荷。教師需要拆分樣例，對子樣例設立子目標，幫助學生理解樣例。具體策略分三個階段：①總體呈現樣例框架，使學生形成完整的簡單圖式；②分解樣例，并對相對獨立的子樣例設立子目標，使學生能明確自己學習的進程；③完善豐滿樣例，促進學生圖式的建構與完善。

例如，在“基因的分離定律”的樣例學習中，可以先簡要呈現孟德爾的科學研究程序(或者問題解決思路)：實驗現象(問題的提出)→形成假設(解釋現象)→驗證假設(測交)→得出結論。根據科學研究程序，將其分解為幾個子樣例，并設立子目標，當學生掌握分離定律后，教師可讓學生補充完善樣例框架，促進圖式的建構與發展(圖1)。

圖1 “基因的分離定律”的樣例圖式

2.2 對樣例進行留白處理 教材“探究環境因素對光合作用的影響”是一個經典的留白型樣例。在留白處，學生能根據已有的知識經驗推測發生了什么或將要發生什么。這提示教師在進行其他類型的樣例教學時，也可以進行留白處理。經過留白處理的樣例能誘發學生產生自我解釋，充分發揮學生的主體意識。

例如，學習“基因的分離定律”時，教師對測交實驗進行留白，讓學生設計實驗完善科學研究；在學完肺炎雙球菌的活體細菌轉化實驗后，對離體細菌轉化實驗留白，給予學生充分思考的空間與機會。

2.3 對樣例添加附加說明 教材提供的樣例往往只呈現科學家的研究成果，沒有說明“科學家為什么會做這樣的研究”“科學家為什么要這樣做”的問題，使學生覺得科學研究或問題解決是“理想化”的，脫離了他們的生活實際。這會造成學習與生活的割裂，難以讓學生感受到學習的樂趣與意義。因此，教師在樣例中有必要添加附加說明，使科學研究過程更符合學生的思維邏輯，更貼近學生的生活實際。

例如，在“核酸是遺傳物質的證據”中，教材有兩個樣例：肺炎雙球菌的轉化實驗、噬菌體侵染細菌的實驗。教師通過添加附加說明，使兩者具有邏輯聯系：“為什么科學家要做噬菌體侵染細菌的實驗？”引導學生去發現肺炎雙球菌轉化實驗的不足之處，培養他們思維的嚴密性；“為什么科學家想到用噬菌體做實驗材料？”使學生明白科學家選擇實驗材料的依據不是憑運氣。

2.4 對樣例進行多角度、多方式的表征 教材中樣例的表征方式十分豐富：有曲線圖(如光強度對光合速率的影響曲線圖)、圓餅圖(如細胞周期示意圖)、表格(如核酸分子的組成)、概念圖(如脫氧核苷酸的組成)、實物模式圖(如動物有絲分裂示意圖)、文字敘述(如基因突變)、抽象符號表征(如用○□△代表氨基酸的不同種類)等。教材通常采用2～3種方式來表征概念，促進學生對知識的理解和遷移。另外，教材還采用多角度的表征：對結果的表征(如細胞膜的流動鑲嵌模型)、對過程的表征(如傘藻的實驗)、對科學方法的表征(如DNA復制過程的同位素示蹤實驗)。

教師需要結合知識的特點和學生的認知結構，選擇合適的表征方式，多角度地開展課堂教學。例如教材用文字敘述和圖示來表征“基因重組”這個概念，但學生感覺很難理解。此時，教師可以通過增加圖示來表征“基因重組”的發生階段，也可以通過舉多個正例和反例，讓學生分析歸納“基因重組”的本質屬性(圖2)。第①例蘊含了“基因重組”的本質屬性，第②例為反例。

圖2 “基因重組”圖例

3 關于樣例教學的幾點建議

3.1 關于樣例設計的情境性 教師在設計樣例時要結合學生的生活經驗，讓學生體驗知識學習的樂趣和價值。例如，學習“溫度對酶活性的影響”時，教師可以用冰水、溫水、沸水處理加酶洗衣粉，讓學生觀察這三種條件下的洗滌效率與效果。

3.2 關于樣例的變異性 教師呈現的樣例在學生的接受能力范圍內要有一定的變異性。這有利于學生歸納樣例中所蘊含的知識、原理與方法。例如，在學習“自由組合定律”時，對于F2代的性狀分離比，可以用數據、表格、圓餅圖、柱狀圖等方式表示讓學生分析；也可以通過設置動、植物育種的樣例讓學生應用遷移；或讓學生分析一些人類遺傳病的遺傳。

3.3 關于樣例學習的鞏固 在生物學教學中，一個樣例配以一個習題或習題中穿插樣例的課堂要比一堆樣例后接一堆練習的課堂有更好的教學效果。如學生在學習DNA半保留復制的科學研究方法——同位素示蹤法后，教師可立即設計問題情境：例如，如何確定分泌蛋白的合成與分泌依次經過了哪些細胞結構？隨后開始后面內容的學習。