基于科學方法的初中生物學概念建構

朱毅鴻 卞楚晴

生物學概念是生物學課程內容的基本組成，是以生物學事實和現象為基礎，通過科學思維獲得的對生命本質的認識。學習生物學概念時需要豐富的、有代表性的事實支撐，事實和現象等信息的獲取，需要用到觀察、實驗等基本的科學方法;對獲取的信息進行思維加工形成科學概念，需要用到分析、比較、歸納、綜合、建模等科學思維方法。這些科學方法是建構概念、訓練思維能力的核心方法，因此，科學方法既是一種實踐活動，也是一種思維方式。下面以人教版八年級上冊中“真菌”一節為例，闡述運用觀察和實驗、分析和比較、歸納和綜合、模型與建模等科學方法建構生物學概念的具體做法。

1運用實驗觀察建立概念，強化基本的科學方法

實驗觀察是直接獲得事實證據的重要途徑，在此過程中學生親歷科學研究過程，學習基本的科學方法。“真菌”一節要求通過制作觀察臨時裝片，認識酵母菌和青菌的形態結構，初步建立“真菌的結構”概念。由于真菌結構微小，觀察時還需要用到高倍物鏡，而高倍物鏡的使用在初中生物實驗中較少涉及，是教學難點之一。為突破難點，學生能夠通過實驗觀察真正認識酵母菌和青霉的形態結構，教學時采用了以下方法。

1.1微課預學實驗指導，熟練實驗操作技能

課前，教師設計制作了“觀察酵母菌”和“觀察青霉”實驗指導微課，微課中有酵母菌培養液的配制、青霉的培養、臨時裝片的制作、光學顯微鏡高倍物鏡的使用方法等內容，在微信中的打卡小程序中發布學習任務“觀看實驗指導的微課、完成相關問題”（圖1）。然后，布置學生自主預學微課，熟悉實驗目的、方法和步驟后進行打卡操作（圖2）。教師可以隨時查看學生打卡情況，還能對打卡內容進行評價。這樣，在實驗課前，教師對學生的微課預學情況有了充分了解，課堂上只要簡單反饋自學情況，對學習中存在的典型問題進行解析，就可以讓學生進行實驗操作和觀察，大大節省了講解實驗方法、步驟和實驗注意事項的時間，使學生有充足的時間制作臨時裝片并觀察，學生的實驗操作技能得到了充分的訓練。

學生使用顯微鏡對比觀察自己制作的臨時裝片和教師準備的永久裝片，熟練了實驗操作技能，獲得了酵母菌和青霉的形態結構的直觀信息，為初步建立概念奠定了基礎。

1.2問題引導有效觀察，形成科學觀察方法

青霉的結構微小，學生自行觀察往往帶有盲目性，教師利用觀察青霉實驗記錄表（表1）中設置的問題，引導學生開展有序觀察：先用肉眼觀察青霉的菌落，然后用放大鏡觀察菌絲和孢子，再用顯微鏡觀察青霉的顯微結構。這樣使學生不僅對青霉的形態結構有了更加直觀的認識，同時學習了科學觀察方法。借助不同的工具不僅可以觀察到的事物的細節，有序的觀察還使觀察更全面更準確，體現了從宏觀到微觀、從整體到局部的科學觀察方法;觀察結果是對觀察的現象進行初步的分析和判斷后記錄下來的，為自主構建科學概念提供了可能。

教師設置問題情境，引導學生展開有效觀察，避免觀察淺嘗輒止，幫助學生提取出建構概念所需要的有效信息，促進煅煉科學正確的觀察方法。

2運用模型與建模理解概念，訓練科學思維方法

模型與建模是新修訂高中生物學課程標準中明確要求必須掌握的科學方法之一。運用模型方法建構重要概念，使學生在動手動腦過程中經歷主動建構的過程，激發學生學習興趣，在模型的修正、使用和完善過程中，訓練其科學思維。

2.1物理模型修正，學習分析比較等科學思維方法

物理模型是指以實物或圖像形式直觀地表達認知對象特征的模型，具有一定的形態結構特征，是對原型的純化和簡化。

課前，教師組織學生用超輕黏土或其他材料制作酵母菌、青霉、細菌的物理模型（圖3）。課上，運用希沃授課助手手機同屏互動功能，將學生作品拍照上傳到白板上進行展示，在白板上放大處理、點評糾錯、及時批注。由于之前的觀察實驗，學生己初步建立了真菌結構概念，因而能夠對課前制作的模型進行評價和修正。例如，青霉模型①制作了青霉直立菌絲頂端掃帚狀排列的孢子，但缺少營養菌絲，建議學生課后完善模型，并將模型用細鐵絲固定在泡沫板上（圖3③），既模擬青霉在培養基上的生長，又方便模型展示。青霉模型②的外形上與青霉形態較為相似，有營養菌絲和直立菌絲以及掃帚狀排列的孢子，但真菌是多細胞、有真正的細胞核模型上沒有體現，建議學生課后將菌絲的橫隔表現出來說明真菌是多細胞生物，并用其他顏色的黏土制作細胞核粘上，完善青霉模型。學生通過模型的修正和完善，強化了概念的理解，訓練了科學思維方法。

教師利用學生制作的細菌模型（圖4），與青霉模型進行比較，引導學生發現細菌與真菌結構的不同——細菌只有DNA集中的區域，沒有成形的細胞核，從而理解原核生物和真核生物這一重要概念。學生通過比較掌握相關概念間的聯系和區別，深化對概念的理解，發展科學思維品質。

制作物理模型不是堆積木、拼七巧板，也不是要培養做模型的工匠，要避免簡單呈現展示模型、評價模型與原型間細節的像與不像上，這背離了模型方法簡化、抽象出事物本質的要旨。模型教學的重點要放在引導學生通過觀察、制作模型，在動手動腦中激發學習興趣，再運用分析、比較、類比、聯想等科學思維方法從模型中獲取有效信息，用模型解釋現象和過程，形成對概念的正確理解，實現行為與思維的統一。

2.2概念模型建構，學習歸納綜合等科學思維方法

概念模型是指以文字、圖解等形式抽象概括出事物本質特征的模型，如思維導圖、概念圖、流程圖，不僅可以加深學生對概念的理解和記憶，還有助于理清概念之間的關系。

本節教學中，教師引導學生用思維導圖建構概念模型（圖5）。以“真菌”為中心詞，運用分類、概括、歸納和綜合等科學思維方法對相關的信息進行加工整理，通過線條、顏色、關鍵字等，將零散的事實性知識串聯起來，建構思維導圖，強化概念學習的結構性和系統性。由于思維導圖概念模型色彩豐富，關鍵詞：簡潔，邏輯結構清晰，加深了學生對概念的理解和記憶，實現知識的內化，發展了科學思維。

人教版義務教育生物學教科書十分重視科學方法的學習，設計了專門的欄目介紹科學方法，突顯了科學方法的重要地位，并根據不同的教學內容特點和學生認知規律，循序漸進地介紹了初中學生應該學習的科學方法。科學方法的學習不能依靠記憶和背誦，或者機械的訓練和生硬的灌輸，離開了實際的科學認識活動和科學實踐活動，就無所謂科學方法。在基于科學方法建構生物學概念過程中，學生可以通過實驗、觀察等親身體驗獲得生物學事實和現象的直接經驗，經過比較、歸納、分析、綜合、模型等科學思維方法，進行有針對性的學習和訓練，有意識地運用和遷移，進而理解和掌握科學方法。學生在經歷概念的主動建構過程中，獲得科學方法的訓練，深化對概念的理解，完成科學概念的建構，用習得的科學方法解決生活中和學習中遇到的問題，真正提高生物學學科素養。