物理模型促進(jìn)高中生物學(xué)概念建構(gòu)的教學(xué)策略

潘明鳳

在眾多的生物學(xué)教學(xué)方法中，模型教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生思維能力的重要途徑和手段，對(duì)學(xué)生生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的形成具有重要作用。眾所周知，生物學(xué)科的一大特點(diǎn)就是知識(shí)多而雜，專業(yè)術(shù)語、概念比較抽象，單獨(dú)理解起來比較費(fèi)力。而生物學(xué)概念在學(xué)生形成科學(xué)完整的知識(shí)框架中起到至關(guān)重要的作用，是構(gòu)成生物學(xué)知識(shí)網(wǎng)絡(luò)的重要節(jié)點(diǎn)。生物學(xué)概念的掌握尤其是核心概念的掌握是理解生物學(xué)知識(shí)的基礎(chǔ)，是學(xué)習(xí)生物學(xué)新知識(shí)的奠基石。近年來，雖然生物學(xué)概念教學(xué)的重要性受到越來越多人的關(guān)注，但是大多數(shù)研究報(bào)道主要集中于以下方面：前概念對(duì)形成科學(xué)概念的影響、生物學(xué)概念教學(xué)的方法、運(yùn)用概念圖策略促進(jìn)概念教學(xué)的研究等。

物理模型是生物模型中非常重要的形式之一。目前，將物理模型教學(xué)與概念建構(gòu)教學(xué)聯(lián)系起來的研究甚少。基于此，下面就對(duì)如何利用物理模型來促進(jìn)高中生物學(xué)概念的學(xué)習(xí)提供一些建議，以期對(duì)生物學(xué)核心素養(yǎng)的落實(shí)起到一定的推動(dòng)作用。

1模型教學(xué)與物理模型建構(gòu)教學(xué)

人教版高中生物教材中將模型形式主要分為物理模型、數(shù)學(xué)模型和概念模型三類。

模型教學(xué)大致分兩類：①利用已有的模型進(jìn)行教學(xué)；②建構(gòu)模型的教學(xué)，是過程式教學(xué)，更是一種科學(xué)探究的過程。物理模型建構(gòu)是一種創(chuàng)造性活動(dòng)，學(xué)生要經(jīng)過不斷地分析、修正才能成功制作模型，符合學(xué)生認(rèn)知規(guī)律。通過物理模型的制作，能使生物學(xué)知識(shí)更加直觀化和條理化。學(xué)生親手制作物理模型，不僅可以加深學(xué)生對(duì)概念知識(shí)的理解，更有助于體驗(yàn)概念的形成和規(guī)律的探究，培養(yǎng)分析和解決問題的能力，激發(fā)創(chuàng)新思維。物理模型建構(gòu)的主要步驟包括了解建構(gòu)模型的基本構(gòu)造；根據(jù)其特征形成初步設(shè)計(jì)方案；根據(jù)模型的特征細(xì)化方案各步驟；制作各原件，并將各原件進(jìn)行組裝；檢驗(yàn)和修補(bǔ)，做出合理評(píng)價(jià)。

2物理模型與概念教學(xué)之間的關(guān)系

生物學(xué)由于有很多需要理解、記憶的知識(shí)，被學(xué)生認(rèn)為是一種半文半理的學(xué)科。造成這一現(xiàn)象的根本原因是學(xué)生對(duì)概念的內(nèi)涵、外延以及各概念之間的關(guān)聯(lián)沒有搞清楚。物理模型中的概念關(guān)系和層級(jí)關(guān)系可直觀簡潔地呈現(xiàn)所學(xué)內(nèi)容，進(jìn)一步加深學(xué)生對(duì)新知識(shí)的理解和記憶，利于學(xué)生找到適合自己的理解概念的方法，有助于學(xué)生構(gòu)建知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，從整體層面來深入理解所學(xué)知識(shí)。

學(xué)生在制作模型的過程中不可能一蹴而就，總會(huì)遇到很多問題。通過制作物理模型可以幫助教師清楚地了解學(xué)生知識(shí)的盲點(diǎn)在哪里，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并糾正概念之間錯(cuò)誤的聯(lián)結(jié)。此時(shí)，通過教師的指導(dǎo)和學(xué)生自己的思考，可以讓處于知識(shí)大爆炸時(shí)代的學(xué)生在浩瀚如海的信息資源中搞清楚知識(shí)之間的關(guān)系，有助于培養(yǎng)學(xué)生分析和解決實(shí)際問題的能力，更有助于不同層次學(xué)生潛能的開發(fā)。通過制作物理模型，可將不同概念直觀剖析給學(xué)生，通過模型來體現(xiàn)原型的特點(diǎn)和屬性，使學(xué)生的錯(cuò)誤概念得以糾正，使更多的新知識(shí)被納入到不斷完善的框架中，加強(qiáng)各核心概念之間的聯(lián)系，從而促進(jìn)學(xué)生全面系統(tǒng)地掌握生物學(xué)知識(shí)。因此，在高中生物新課程教學(xué)中，通過對(duì)物理模型的構(gòu)建讓學(xué)生形成分析、判斷、推理的能力，促進(jìn)學(xué)生對(duì)概念的理解和掌握是可行的教學(xué)策略。

3物理教學(xué)促進(jìn)不同水平的生物學(xué)概念的教學(xué)策略

3.1物理模型促進(jìn)了解水平的生物學(xué)概念學(xué)習(xí)

生物學(xué)概念教學(xué)的初級(jí)目標(biāo)是能識(shí)別和描述對(duì)象的基本特征，辨認(rèn)生物事實(shí)和基本原理。在這個(gè)水平，教師應(yīng)重視培養(yǎng)學(xué)生對(duì)生物概念的感性認(rèn)識(shí)，幫助學(xué)生分析生物概念的類別和特點(diǎn)，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)概念的認(rèn)知過程。因此，教師可采用已有的物理模型進(jìn)行教學(xué)，具體策略如下。

①直觀展示模型。這一階段注重于培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力，因此選取一些已有物理模型進(jìn)行直觀展示即可。選取的物理模型要能突出生物學(xué)現(xiàn)象的主要特征。

②表達(dá)知覺形象。在對(duì)已有模型觀察的基礎(chǔ)上，要求學(xué)生嘗試用自己的語言、符號(hào)或者圖形表示相關(guān)生物學(xué)現(xiàn)象的主要特征。圍繞圖片，教師組織學(xué)生談?wù)剬?duì)生物學(xué)現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)，此時(shí)是學(xué)生對(duì)生物表象感性認(rèn)識(shí)的階段，引導(dǎo)學(xué)生思考知覺形象所包含的各種主次關(guān)系，注重培養(yǎng)學(xué)生的語言表達(dá)能力。

③推斷生物表象。教師可設(shè)計(jì)讓學(xué)生推斷的相關(guān)實(shí)例，課堂活動(dòng)中指導(dǎo)學(xué)生分析實(shí)例是否屬于該生物表象。這就要求設(shè)計(jì)的實(shí)例包含生物學(xué)概念內(nèi)涵、外延以及概括概念本質(zhì)特征的一些信息。教師同時(shí)可以設(shè)計(jì)一些有利于辨別概念信息的反例，幫助學(xué)生確定知覺形象所包含的主次關(guān)系，清晰生物學(xué)概念的最大范圍。

④形成生物學(xué)概念。此階段是對(duì)生物表象理性認(rèn)識(shí)的階段，教師要指導(dǎo)學(xué)生概括可以表示生物表象本質(zhì)特征的若干關(guān)鍵詞，然后用生物術(shù)語將這些關(guān)鍵詞連接成完整的句子，最終形成生物學(xué)概念。此過程對(duì)學(xué)生的抽象概括和語言表達(dá)能力的要求也比較高。

3.2物理模型促進(jìn)理解水平的生物學(xué)概念學(xué)習(xí)

生物學(xué)概念的理解水平要求學(xué)生能弄清楚概念各個(gè)部分的關(guān)系，把握內(nèi)在邏輯聯(lián)系。在這個(gè)階段教師要通過適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)程序，引導(dǎo)學(xué)生分析舊知識(shí)結(jié)構(gòu)，使新知識(shí)納入到舊知識(shí)結(jié)構(gòu)中，形成一定的知識(shí)框架。這個(gè)階段的主要目的是提高學(xué)生理解、分析生物學(xué)概念的能力。相應(yīng)教學(xué)策略如下。

①分解生物學(xué)概念。教師通過提問的方式發(fā)散學(xué)生思維，根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知水平，指導(dǎo)學(xué)生找出屬于該生物學(xué)概念的各要素，對(duì)其進(jìn)行歸類、分析，發(fā)現(xiàn)其本質(zhì)特征，建立對(duì)生物學(xué)概念各方面的認(rèn)識(shí)。

②分析要素關(guān)系。生物學(xué)概念是由要素之間的相互關(guān)系組織而成。因此，教師在教學(xué)中，不僅要指導(dǎo)學(xué)生分析各概念要素之間的關(guān)系，還要引導(dǎo)分析各概念要素與其他生物學(xué)概念之間的聯(lián)系。對(duì)于高中生來說，對(duì)抽象概念的理解確實(shí)不是易事。例如，DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)。教師可以讓學(xué)生通過位置調(diào)換物理模型中的堿基位置或改變堿基的數(shù)目來體會(huì)堿基排列順序的千變?nèi)f化，進(jìn)而讓學(xué)生理解DNA結(jié)構(gòu)的多樣性即堿基的數(shù)目和排列順序的多樣性，最終幫助學(xué)生理解DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)與遺傳的關(guān)系。因此，物理模型的制作可以加深學(xué)生對(duì)生物學(xué)概念的理解程度，幫助學(xué)生進(jìn)一步系統(tǒng)化、層次化生物知識(shí)結(jié)構(gòu)。

③綜合組織要素。在這個(gè)階段中，教師應(yīng)通過具體的問題情境，結(jié)合實(shí)例，在指導(dǎo)學(xué)生分析概念各要素的基礎(chǔ)上，綜合組織各要素，進(jìn)一步形成生物概念，加強(qiáng)對(duì)生物學(xué)概念的理解。其中，各概念要素的綜合組織對(duì)學(xué)生來說有一定難度，這就要求教師在實(shí)際課堂教學(xué)過程中能建構(gòu)有利于學(xué)生解決問題的教學(xué)策略。學(xué)生通過自制物理模型，能幫助自己分清各概念要素之間的從屬關(guān)系，甚至達(dá)到更深層次的認(rèn)識(shí)。例如，“核酸”這一核心概念中，核酸包括DNA和RNA兩種，基本單位是核苷酸，而核苷酸又是由五碳糖、磷酸、含氮堿基三種化學(xué)基團(tuán)組成，以上均屬于從屬概念。學(xué)生通過自制物理模型，可領(lǐng)悟各從屬概念的含義，理清之間的微妙關(guān)系，促進(jìn)知識(shí)結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步系統(tǒng)化。

這種探究式模型制作過程可使學(xué)生能直觀地感受各概念要素（即模型元件）組織成物理模型應(yīng)遵循的原則。物理模型制作后，為使學(xué)生能在新的情境中使用、總結(jié)抽象的概念，教師可引導(dǎo)學(xué)生繪制聯(lián)系新舊生物知識(shí)的概念圖，建立不同情境下生物知識(shí)的合理聯(lián)系，促進(jìn)學(xué)生構(gòu)建更為系統(tǒng)化的知識(shí)結(jié)構(gòu)。

4小結(jié)

在高中生物學(xué)教學(xué)中，建構(gòu)物理模型可以使學(xué)生對(duì)生物學(xué)概念有一個(gè)更深刻全面的理解，能使學(xué)生變被動(dòng)學(xué)習(xí)為主動(dòng)探究，引發(fā)和保持學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，有利于學(xué)生生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的提高，同時(shí)還可提高教師的綜合素質(zhì)，具有重要的價(jià)值和意義。

高中生物學(xué)教材中早就編排了相關(guān)的模型構(gòu)建活動(dòng)，但在實(shí)際課堂教學(xué)中并沒有引起足夠的重視。根據(jù)實(shí)際課堂教學(xué)過程中存在一些問題，筆者認(rèn)為：

①教師一方面認(rèn)識(shí)不到模型建構(gòu)活動(dòng)的重要性，沒有運(yùn)用這一教學(xué)方法的熱情；另一方面也缺乏相應(yīng)指導(dǎo)模型建構(gòu)的知識(shí)和能力；加之各學(xué)校生物課時(shí)安排較少，模型建構(gòu)活動(dòng)開展的時(shí)間不足。這就要求生物教師進(jìn)一步提高自身業(yè)務(wù)水平，加強(qiáng)研究，在實(shí)際課堂教學(xué)中能充分利用各模型資源，以達(dá)到更好的教學(xué)效果。

②課堂上很多生物教師在進(jìn)行模型教學(xué)時(shí)大部分精力都放在模型構(gòu)建的操作上，而忽略模型設(shè)計(jì)的重要性，因此不能很好地區(qū)分模型和原型的關(guān)系，使學(xué)生達(dá)到對(duì)核心概念的真正理解。物理模型的建構(gòu)首先要了解模型對(duì)象的特征，再確定模型類型，然后根據(jù)其特征和建構(gòu)目標(biāo)，最后選擇恰當(dāng)?shù)慕?gòu)材料來建模。

③在模型建構(gòu)教學(xué)中，教師應(yīng)給學(xué)生提供充滿探索與交流的活動(dòng)平臺(tái)，通過學(xué)生活動(dòng)來突出模型教學(xué)，促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)變，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思想和建模的能力，幫助學(xué)生建立良好的知識(shí)結(jié)構(gòu)體系。

④教師應(yīng)設(shè)計(jì)科學(xué)合理的評(píng)價(jià)體系以確保模型教學(xué)活動(dòng)順利開展。模型構(gòu)建完成后教師要及時(shí)給予評(píng)價(jià)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性。