淺析支架式教學法在高中生物模型構(gòu)建過程中的融合與運用

吳玉章 張亮 韓擋麗

摘? 要：探討如何將基于建構(gòu)主義和最近發(fā)展區(qū)理論的支架式教學法融入高中生物模型建構(gòu)教學活動，有效地提高高中生物教學中模型建構(gòu)的有效性和普及性，促進落實學科核心素養(yǎng)如科學思維的形成，并切實提高學生認識事物、解決實際問題的能力。

關(guān)鍵詞：高中生物? 支架式教學法? 模型構(gòu)建? 學科核心素養(yǎng)

中圖分類號：G633.91? ? ? ? ?文獻標識碼：C? ? ? ? ? ? 文章編號：1672-1578（2020）01-0122-02

2017版人教社高中生物新課標已將模型與建模列為學生認識事物解決實際問題的一項重要科學思維和能力[1]。教師需要在教學中通過引導學生進行模型建構(gòu)活動來發(fā)展學生的這一科學思維和能力。高中生物課程中涉及到模型與建模的內(nèi)容較多，但較微觀、抽象，學生學習起來比較困難，不利于模型的分析與建構(gòu)。支架式教學法基于“最近發(fā)展區(qū)”和“建構(gòu)主義”理論，站在學生角度，以學生為主體，教師可充分地運用情境、協(xié)作、對話等要素，積極調(diào)動學生自主學習，構(gòu)建自己的知識體系，最終促使學生成長為獨立的學習者[2]。因此，筆者在教學中嘗試搭建支架幫助學生構(gòu)建模型，降低模型建構(gòu)的難度，使學生對建模學習活動不再畏難，使老師重視并主動踐行模型與建模教學，順應新教改的發(fā)展。

1? ?創(chuàng)設情境，準備支架

在高中生物模型構(gòu)建的教學活動中，如何讓學生對即將進行的模型構(gòu)建活動保持最大的熱情和興趣，最佳的方法莫過于讓學生置于特定的情境。該情境一定是在學生現(xiàn)有的知識和能力水平范圍內(nèi)所了解或熟知。創(chuàng)設的情境應與學生生活存在一定的關(guān)系或與學生所向往或憧憬的事物有密切聯(lián)系，又或?qū)W生有較大的啟發(fā)或幫助。這樣的情境有助于學生點燃好奇心、引爆求知欲，進而通過構(gòu)建模型，解決實際問題。例如開展構(gòu)建真核細胞三維模型，創(chuàng)設情境：為什么經(jīng)過臺盼藍染色后，活細胞不容易著色而死細胞著色？說明細胞膜具有什么樣的功能？若提供塑料袋、普通布和彈力布作為制備細胞膜的材料，哪一種材料更能體現(xiàn)細胞膜的功能？構(gòu)建真核細胞有絲分裂過程中染色體及其DNA的數(shù)目變化模型，創(chuàng)設情境：真核細胞的有絲分裂猶如兩兄弟分家，細胞中的染色體及其DNA作為該家庭最重要的財富該如何進行分配呢？請思考，親代細胞需要經(jīng)過怎樣的生理活動既要保證兩個子細胞獲得均等的財富，同時又要保證子代細胞獲得的財富與親代細胞保持一致？構(gòu)建DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型則以富蘭克林和威爾金斯的科學故事作為情境，富蘭克林令人扼腕嘆息的命運，使學生產(chǎn)生了強烈的共鳴，迸發(fā)出勵志獻身科學的熱情。提出問題：DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)是怎樣構(gòu)建而成的？模擬制作DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型需要經(jīng)過哪些過程？等。

進一步需要說明的是，模型的構(gòu)建活動是否需要創(chuàng)設情境，需要視學生的學習和掌握的基本知識情況而定，有的在課堂進行模型建構(gòu)時及時導入情境，有的則需要在此前相關(guān)的學習內(nèi)容中創(chuàng)設情境。情境使學生對模型構(gòu)建活動產(chǎn)生了思考和向往，利于模型構(gòu)建活動的開展和完成。

2? ?搭建支架，構(gòu)建模型

支架式教學最重要的內(nèi)容是依據(jù)學生現(xiàn)有的能力和知識水平，在最近發(fā)展區(qū)區(qū)間搭建支架，并最終運用支架順利構(gòu)建模型。在支架式教學中，對于支架的種類，定義不一而足，常見的支架包括范例支架、問題支架、建議支架、工具支架、實驗支架等[3]。筆者在教學中以情境激發(fā)學生對模型建構(gòu)的興趣，然后在學生現(xiàn)有的知識能力水平和模型之間搭建各類支架，幫助學生跨越最近發(fā)展區(qū)，最終幫助學生順利構(gòu)建模型，并提高動腦動手能力。例如，在構(gòu)建生物膜流動鑲嵌模型時，搭建工具支架如：錘子、釘子、鐵絲、蠟紙藥丸盒子、泡沫塑料等。建議支架如：選擇乒乓球和鐵絲制作磷脂分子模型、選擇泡沫和鐵絲制作蛋白分子模型，最終構(gòu)建生物膜流動鑲嵌模型。在構(gòu)建減數(shù)分裂過程中染色體變化模型時，提供工具支架如：細胞減數(shù)分裂過程示意圖，提供概念支架包括：同源染色體、姐妹染色單體、四分體、聯(lián)會等。提出問題支架如：①判斷初級精母細胞處于減一前期的依據(jù)是什么？同源染色體如何行動？四分體是如何形成？②每一個四分體包括幾對同源染色體，含幾條染色體和幾條姐妹染色單體？③判斷初級精母（或卵母）細胞處于減一分裂中期的依據(jù)是什么？同源染色體如何行動？四分體出現(xiàn)在細胞何處？④進入減一后期，同源染色體怎樣行動？四分體還存在嗎？建議支架如：剪下三個橢圓形紙板作為處于減一分裂前、中、后三個時期的三個初級精母細胞，并利用顏色不同的兩條橡皮泥構(gòu)建同源染色體模型、四分體模型;利用兩條不同顏色的橡皮泥在三個細胞中依次模擬四分體的形成、四分體的移動、四分體解散等過程。在構(gòu)建體內(nèi)細胞通過內(nèi)環(huán)境與外界環(huán)境進行物質(zhì)交換的模型時，先提供三個工具支架如：小腸絨毛吸收葡萄糖圖解、肺泡中氧氣與二氧化碳的交換過程圖解，尿液的形成過程圖解等。其次搭建問題支架如：①消化系統(tǒng)由哪些消化器官組成？葡萄糖被小腸絨毛上皮細胞吸收后進入毛細血管，需要穿越幾層膜？②來自空氣中的氧氣和人體產(chǎn)生的二氧化碳在肺泡進行交換，氧氣由肺泡進入毛細血管和血液中的二氧化碳進入肺泡各自需要穿越幾層膜？③細胞代謝廢物如尿素又是如何借助于內(nèi)環(huán)境排出體外的？[4]④請你利用概念、方框和箭頭繪制出體內(nèi)細胞通過內(nèi)環(huán)境與外界環(huán)境進行物質(zhì)交換的模型。有了以上支架的支撐和幫助，在教師的演示下，學生勝利地完成了模型的構(gòu)建。又如在構(gòu)建生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模型時，提供工具支架如池塘生態(tài)系統(tǒng)圖解，對該支架進行問題探究：①池塘中你熟知的動物植物有哪些？②“大魚吃小魚、小魚吃蝦米”，表示由大魚、小魚和蝦米通過食物聯(lián)系形成的食物鏈，這樣的食物鏈在池塘中還有幾條？③有句成語叫“如魚得水”，水、空氣和光照對于這個生態(tài)系統(tǒng)來說是必不可少的嗎？④大魚、小魚、蝦米、藻的生存都離不開物質(zhì)和能量，藻類是怎樣獲取物質(zhì)和能量的？大魚、小魚又是怎樣獲得物質(zhì)和能量的？⑤大魚、小魚、蝦米和水藻獲取物質(zhì)和能量的途徑方法一樣嗎？⑥請將池塘中的植食性魚、肉食性魚、雜食性魚、水藻、浮萍、蝦米、微生物和空氣、水按生產(chǎn)者、消費者、分解者和非生物物質(zhì)和能量分類。⑦參照一般系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模式圖（又是一個支架），嘗試畫出生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型。最終，在解答上述問題后，學生都能夠自主繪制出模型。

3? ?撤出支架，協(xié)作交流

學生構(gòu)建出模型以后，可以不再依賴于支架的作用，而是通過小組合作、展示與交流，對模型進行進一步的比較、修正和完善。在展示、交流與對話中，學生之間互相評價，教師提出問題，引發(fā)學生思考，從而進一步完善模型，形成建模的思維。例如，生物膜流動鑲嵌模型在學生互相展示，交流與互評的環(huán)節(jié)，有同學提出糖蛋白如何制作的問題？跨膜的蛋白分子如何體現(xiàn)？具有孔道的蛋白分子如何表現(xiàn)等問題。促使各組學生對模型的不合理之處進行修改，使模型更加完善。在構(gòu)建血糖平衡調(diào)節(jié)模型后，教師可進一步做出針對胰島素和胰高血糖素的提問。例如;①胰島素降低血糖的作用途徑有哪些？②胰島素的靶細胞主要有哪些？③胰島素是怎樣運輸?shù)桨屑毎模竣馨屑毎绾巫R別與接收胰島素？⑤胰島素參與細胞內(nèi)的化學反應嗎？⑥如何理解胰島素和胰高血糖素之間的拮抗作用關(guān)系？等。促進學生思考，進一步加深了對模型及其內(nèi)涵的理解。在構(gòu)建體液免疫和細胞免疫內(nèi)容模型時，請同學進一步思考：①體液免疫和細胞免疫發(fā)揮免疫的物質(zhì)或結(jié)構(gòu)相同嗎？②體液免疫中產(chǎn)生抗體的細胞是什么細胞？細胞免疫中增殖分化出效應T細胞的母細胞是什么細胞？③兩種免疫途徑針對的免疫對象有何不同？④在體液免疫中必要的細胞是哪種細胞？在細胞免疫中必要的細胞是又是哪種細胞？⑤什么是記憶細胞，它有什么作用？二次免疫是怎樣發(fā)生的？在系列的問題思考后列表比較體液免疫和細胞免疫的區(qū)別與聯(lián)系，進一步鞏固了模型，加深了對模型內(nèi)容的理解。

4? ?以新的支架檢驗模型，運用模型

通過協(xié)作交流環(huán)節(jié)，學生構(gòu)建的模型在不斷修正和補充后已經(jīng)基本完成，但模型的構(gòu)建活動并未結(jié)束。因為構(gòu)建模型的目的最終是為了解決實際問題，所以在模型建構(gòu)完成后，需要對模型進行檢驗。一般是運用模型內(nèi)容和原理去解釋一些生物活動現(xiàn)象，解答生物問題。例如，運用生物膜流動鑲嵌模型解釋分泌蛋白的分泌、白細胞對病菌的吞噬、質(zhì)壁分離與復原過程中細胞膜的膨脹與收縮、糖蛋白在細胞間的信息交流中的作用等。運用DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型解答DNA的復制、遺傳信息的存儲、基因與DNA的相互關(guān)系等問題。構(gòu)建種群數(shù)量增長J型模型和S型模型可以解釋蟲害、鼠害泛濫成災的問題和提出蟲害、鼠害的生物防治策略，也可以解釋漁業(yè)生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展的問題等。構(gòu)建生態(tài)系統(tǒng)能量流動模型則可以指導農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實踐，例如桑基魚塘生產(chǎn)模式、除草的目的，解答學生在涉及到能量傳遞效率的運算等。只有學會構(gòu)建模型、完善模型、運用模型，最終才能形成建模的科學思維和思想。

綜上所述，模型與建模既是一種科學思維和能力，也是學生進行學習和教師進行教學的有效方法。支架式教學法由于教學者在情境中通過一步一步的提供一些線索或暗示（支架），使學生攀援支架，順利構(gòu)建對新知識的理解，因而可有效降低學習難度。將支架式教學理論、方式和程序有選擇性地融入模型建構(gòu)教學活動，可謂一舉多得，在提高學生學習積極性、改變教師教學方式、適應新課改需要、落實生物學科核心素養(yǎng)都必將發(fā)揮重要作用。

參考文獻：

[1] 中華人民共和國教育部.普通高中生物課程標準（修訂稿）[M].北京：人民教育出版社，2017：7-8.

[2] 唐李銘.化學支架式教學設計的原則[J].中學生數(shù)理化（教與學），2011（12）：9-9.

[3] 王哲學.郭承育等.化學支架式教學中搭建支架的策略[J]. 亞太教育，2015（11）：102-102.

[4] 王亞杰.利用歸納法理解“新陳代謝”[J].學科教育，2001（5）：38-39.