在初中生物學教學中培養學生模型建構能力的舉措

郭榮輝

(江蘇省南京民辦育英第二外國語學校 210044)

模型建構又稱“建模”，就是為了理解事物而對事物作出的一種抽象，生物學中的模型建構指用文字或圖示的方式表達生物學概念，包括物理模型、數學模型和概念模型的建構。初中階段的學生在學習過程中逐步發展了自身的理性思維，形成能正確解讀各種模型的內涵、準確提取關鍵信息、選用恰當的方式建構模型并闡明其內涵的能力。所以，教師要將課本知識與學生的現有生活、學校的實際條件等緊密結合，深層次研究和開發相關的課程資源，通過創設學習情境、開展學習活動，培養學生模型建構能力。筆者結合多年的教學實踐，談一談培養學生模型建構能力的舉措。

1 建構物理模型能力的培養

1.1 邊展示，邊提問題 教師在初中生物學課堂中把與教材有關的實物(如活的動植物及器官)直接呈現在學生面前，供他們觀察、聆聽、觸摸、聞、嘗，通過感官直接感受，同時提出一些問題引導學生思考，有時還要指導學生感受，讓學生說出具體感覺。

例如，學習果實的結構時，教師給每組提供花生果實，讓學生從外到內進行解剖和觀察。同時提出麻屋子、紅帳子和白胖子分別是什么？花生的果實由哪兩個部分組成？教師也可以將模擬實物(如模型、圖片)呈現給學生。不過在展示時要提出相關的問題進行引導。有的不能直接提供給學生感受，教師要與學生共同分析現象，使感性知識與理性知識結合起來。例如，學習心臟的結構時，教師一方面展示心臟的模型，另一方面提出：“心臟由哪四個腔組成？心壁較厚的是哪個腔，這個腔與什么血管相連？這個腔的上方、右方分別是什么腔，分別與什么血管相連？指導學生有目的觀察，培養他們解讀物理模型的內涵、準確提取關鍵信息的能力。

1.2 說、寫、貼或拖結構名稱及功能 學生在學習生物體的結構和功能這些枯燥、抽象的知識時，往往比較被動，缺乏學習的興趣，甚至產生抵觸的情緒。教師通過展示帶有標號或者方框的生物體結構模式圖或示意圖，創設積極主動的學習情境，開展學生閱讀教材、觀察和比較教材上的相關圖片，說出、寫出或者貼出、拖出結構名稱和功能的多樣化學習活動，主動建構相關的生物學概念。

例如，在學習葉片的結構時，學生首先通過顯微鏡觀察菠菜葉的臨時切片和迎春葉的永久切片，接著教師在白板上展示帶有方框、結構名稱的葉片結構模式圖(圖1)。學生通過閱讀教材，觀察和比較教材上的插圖，在各自的平板上進行拖放，其中一個學生在白板上拖放，完成如圖2所示的葉片結構模式圖。又如學習種子的萌發時，教師在導學案或者黑板上寫出1、2、3、4，請學生將表示大豆種子萌發過程的動態示意圖按照黑板或者導學案上的順序依此粘貼，幫助學生理解和建構種子的萌發過程。

圖1 帶有方框的葉片結構模式圖

圖2 葉片結構模式圖

1.3 制作實物剪貼圖，標注名稱 在學習宏觀的生物體結構和功能這些枯燥、抽象的知識時，有時可以引導學生制作實物剪貼圖，標注名稱，加深學生對這些宏觀生物體結構和功能的理解。

例如，學生在學習種子的結構時，先給學生發浸泡過的大豆、蠶豆、蕓豆、花生種子，要求學生選取一粒種子，剝開種皮，并將其粘貼在白紙上；再剝開兩片子葉，將其粘貼在白紙上，運用放大鏡觀察附在子葉上的各部分結構，對照教材，標注結構名稱。最后教師用手機拍攝學生的實物剪貼圖，并用授課助手投放到大屏幕上(圖3)。請學生查找并用電子筆修正標注的錯誤。

圖3 大豆種子結構剪貼圖

1.4 繪圖 在初中生物學教學中，引導學生繪制生物體結構模式圖或者示意圖，有助于加深對生物體結構的理解，事半功倍地建構相關生物學概念。

例如，學習植物細胞的結構時，先讓學生制作洋蔥鱗片葉臨時玻片標本，再運用顯微鏡觀察，并將視野中的圖片畫在實驗報告上，參照教材標注名稱。最后教師用手機將某些存在典型錯誤的示意圖拍下來，用授課助手投放到大屏幕上，請學生找出錯誤，并修正繪圖中的錯誤。

1.5 制作并完善靜態的物理模型 課堂上，引導學生動手制作簡單的靜態物理模型，有助于加深對概念的理解。

例如，學習細胞分裂時，首先讓學生運用顯微鏡觀察洋蔥根尖的永久玻片標本，接著，出示視野中的圖像，請學生畫出視野中的典型細胞，說出典型特點。再播放細胞分裂過程中各個時期的動畫，分發橡皮泥，引導學生用橡皮泥制作細胞分裂期的四個階段的模型，并標注各個時期。最后教師用手機將這些模型拍下來，并用授課助手投放到大屏幕上。進一步加深學生對細胞分裂過程的理解。

1.6 演示器的制作和演示 演示演示器能夠吸引學生的眼球，激發學生學習興趣，豐富感性知識，減少知識建構中的困難，幫助他們作出正確的判斷和推理，形成明確的概念。教師在平常的生物學學習中，引導學生自制表示生命活動的演示器。

例如，在學習人體呼吸運動時，由于人體的呼吸運動這一生理活動比較抽象，加上學生沒有學過大氣壓的知識，因而理解上較困難，往往囫圇吞棗地被動接受。課前，教師引導學生用分叉的玻璃管、橡皮膜、氣球、塑料瓶等模仿教材上的插圖，制作模擬人體膈肌舒縮引發呼吸的演示器。課上，教師出示演示器，并提出問題： 橡皮膜、兩個氣球、塑料瓶分別代表什么？接著讓學生用手向下拉橡皮膜，松手讓橡皮膜回縮，并提出問題： 向下拉橡皮膜時，氣體進入氣球還是從氣球中排出？橡皮膜回縮時，氣體進入氣球還是從氣球中排出？通過制作和演示演示器，相關問題的引領，有助于學生理解膈肌收縮，膈頂部下降，外界氣體通過呼吸道進入肺，使肺擴張；膈肌舒張，膈頂部上升，將肺內氣體由呼吸道壓出，使肺回縮。

2 建構數學模型能力的培養

2.1 分析數學模型，解決相關問題 在初中生物課堂反饋階段，教師經常提供一些有數學模型的問題，讓學生分析和利用數學模型解決相關問題，從而考查學生的讀圖和提取關鍵信息的能力，再通過師生共同分析，培養他們這方面的能力。

例如，學習了人體對蛋白質、淀粉和脂肪的消化后，教師在反饋階段出示這樣一道問題： 圖4中X， Y兩條曲線分別表示哪種營養物質的消化過程？B、C、D分別代表什么消化器官？一個學生這樣分析： 從圖中看出X曲線從口腔就開始減少，又因為淀粉從口腔開始消化，所以X曲線代表淀粉消化；蛋白質曲線在C段開始減少，又因為蛋白質在胃開始消化，所以C代表胃；X曲線、蛋白質曲線在D段急劇減少到0，又因為淀粉和蛋白質在小腸被全部消化，所以D代表小腸；Y曲線從D段開始減少并到0，又因為脂肪在小腸開始并完全消化，所以Y曲線代表脂肪的消化；X、Y和蛋白質在B段都沒有減少，又因為淀粉、蛋白質和脂肪在食道都沒有消化，所以B代表食道。通過這樣細致的分析，其他學生運用數學模型解決問題的能力也得到顯著的提升，解讀數學模型和提取關鍵信息的能力得到了培養。

圖4 三種營養物質的消化

2.2 將實驗數據轉化成直觀圖形 有些實驗現象比較復雜，得到的實驗數據比較抽象，學生很難通過分析實驗現象和數據作出正確的判斷，得出科學的結論。教師引導學生將實驗數據巧妙地轉化成直觀的柱形圖、折線圖、餅狀圖等，即建構形象的數學模型，便于學生從中找到規律，得出正確的結論。

例如，探究酒精對水蚤心率的影響時，學生運用顯微鏡分別計數水蚤在清水、5%、10%、15%、20%和25%的酒精溶液中的心率，發現忽高忽低，學生很難從中找出規律，得出科學結論。教師引導學生嘗試在坐標系中繪出水蚤心率與酒精濃度關系的曲線，學生很容易發現低濃度酒精使心率加快，濃度高的酒精使心率降低，因而作出正確判斷。數形轉換，不僅便于學生發現規律，而且有利于培養學生建構新情境中數學模型的能力。

2.3 用數學模型表達復雜生命規律 生物學中有很多知識比較枯燥、乏味，如果用數學模型表達，則往往能將復雜問題簡單化，增加學生學習的趣味性，也更能激發學生的學習興趣。所以學生在學習這部分抽象、復雜的知識時，教師可引導學生構建數學模型。

例如，分析一對有耳垂的夫婦生了一個無耳垂的孩子。教師可以引導學生從分析孩子的基因組成入手，由于無耳垂是隱性性狀，基因組成是aa，這兩個a分別來自父母雙方，又因為父母都是有耳垂，有耳垂是顯性性狀，所以父母的基因組成都是Aa，再指導學生畫出遺傳圖解(圖5)。或者通過人耳貼圖和磁性基因卡片排列重組完成遺傳圖的建構。這樣的活動不僅激發學生學習的熱情，而且培養了學生在新情境中建構數學模型的能力。

圖5 一對基因的遺傳圖解

3 建構概念模型能力的培養

3.1 展示概念模型，說出其內涵 在初中生物學教學中,教師展示概念模型,讓學生說出其內涵,對他們進行啟發、引導，培養學習生物學知識和自我構建生物學概念的能力。

例如,學習了人體的血液循環后，教師展示如圖6所示的體循環和肺循環的過程圖,學生說出其內涵。這個學習活動不僅使學生對體循環和肺循環路線有了整體的認識，明白心臟的四個腔是“上下相通，左右不通”，與四個腔相連的血管是“房連靜，室連動”，四個腔中的血液是“左側鮮紅右暗紅”；也培養了學生解讀概念模型內涵和提取關鍵信息的能力。

圖6 人體的血液循環路線

3.2 完善不完整的概念模型 在初中生物學教學中,教師展示不完整的概念模型,讓學生完善并說出其理由和內涵,啟發、引導他們初步構建概念圖，培養其在新情境中建構概念模型的能力。

例如，學習了尿液的形成和排出后，在課堂小結環節教師可以出示一個不完整概念模型(圖略)，讓學生填寫其中的空格，完善這個概念模型。學生在填寫空格，完善此概念模型過程中就要考慮血液、原尿和尿液的關系，并進一步思考濾過作用是將哪些物質濾出，重吸收作用是將哪些物質重新吸收回血液，另外還要考慮血液、原尿和尿液的成分，尿液經過哪些泌尿器官排出體外。這樣使學生明白建構概念模型要考慮的要素，從而培養他們今后在新情境中構建概念模型并闡述其內涵的能力。

3.3 指導學生繪概念圖 教師在初中生物課堂小結階段或者單元復習階段，指導學生思考一節課或者一個單元的主要概念，再尋找這些概念之間的關系，最后用專門軟件制作概念圖，或者用筆在筆記本上把這些概念以及它們之間的關系畫成知識網絡。

例如，在復習綠色開花植物的一生時，首先指導學生寫出與綠色開花植物的一生有關的概念—種子的萌發、植物體生長、開花、傳粉、受精、果實的形成；與種子萌發有關的概念—種子的結構、種子萌發的條件，與開花有關的概念—花的結構、影響開花的因素，與傳粉有關的概念—傳粉的類型，與果實形成有關的概念—果實的結構；下一層次的概念，如胚的結構、雄蕊和雌蕊的結構、異花傳粉的途徑、子房的結構、胚珠的結構等。再思考這些概念之間的關系，最后用線、框圖等把這些概念之間的關系表示成圖形化形式(圖略)。