建構概念教學模式 助力科學思維發展

安徽省懷寧縣石牌初級中學/ 王本華 安徽省懷寧縣高河中學/ 操劉勝

教學模式是以現代教育理論為指導，為達成一定的教學目標，整體上把握教學活動各要素的關系，并對它們進行有效整合而形成的較穩定的教學范式結構；它是一套簡明的、行之有效的教學活動程序，也是理論聯系實踐的橋梁，現已成為一線教師研究的熱點。科學思維是核心素養的組成部分，也是學生學習生物學課程后形成的受益終生的學習成果。重視重要概念教學是《義務教育生物學課程標準（2022 年版）》（以下簡稱《課程標準》）的重要理念，概念建構過程的本質就是運用科學思維方法認識事物的本質屬性及內在規律。因此，將科學思維與重要概念教學進行有效“對接”，建構基于科學思維培養的初中生物學重要概念教學新模式，將新模式應用于課堂教學，能較好地幫助學生建構重要概念，促進學生科學思維素養的發展，并在一定程度上提高初中生物學概念教學的效果及效率。

一、概念與科學思維的關系

概念是對客觀事物的本質屬性的反映，生物學概念是對生物學事實、現象等的抽象概括，具有普遍性、抽象性。生物學概念的形成需要有豐富的事實為支撐，一般是學生先通過各種探究性活動了解、搜集、感知豐富的生物學事實和現象，然后在問題的驅動下進行思考、討論，再對這些事實和現象進行分析、綜合、抽象、概括，最后形成科學的解釋或理性的表述（即生物學概念）。因此，概念既是思維的結果和產物，又是思維活動借以進行的單元，而科學思維是概念形成的工具。對中學生而言，生物學概念的形成一般遵循“感知基本生物學事實、現象—科學思維加工—形成科學概念—遷移、應用概念”的基本程序。

二、基于科學思維培養的初中生物學重要概念教學模式的建構

《課程標準》要求要凸顯學生主動建構概念，加強概念間的聯系，并明確指出：“要圍繞大概念組織教學內容，使知識結構化。以大概念的核心內涵為綱，將相關的重要概念、次位概念按照其內在邏輯關系編制成網絡化的概念體系。”因此，在初中生物學教學中，概念教學處于核心地位，幫助學生建構科學的生物學重要概念是初中生物學教學的重要目標。而概念教學的本質是思維教學，所以教師要將兩者結合起來，為學生提供豐富的、有代表性的事實，引導學生以事實為基礎，通過抽象和概括等思維來建構概念，以此來發展學生的科學思維素養。筆者依據初中生科學思維發展特點及概念形成規律，建構了基于科學思維培養的初中生物學重要概念教學新模式，具體教學程序如圖1。

圖1 基于科學思維培養的初中生物學重要概念教學新模式的教學程序

該模式的建構以建構主義理論為指導，以助力學生建構重要概念、發展科學思維素養為目標，細化了概念教學實施環節，對學生和教師在各個環節中的行為做了明確的要求。

新模式的主要特點有：①科學思維培養是核心。生物學重要概念的建構需要科學思維的參與，建構重要概念的過程是基于科學事實建立模型的抽象與概括的過程，在概念教學的各環節中，依據科學思維特征，有針對性地對科學思維各要素進行訓練，能較好地促進學生科學思維素養的提升。②引發認知沖突是動力。利用學生生活經驗，創設一定的情境，基于情境提出適宜的問題，引發學生認知沖突，以此引入概念，較好地激發了學生的學習興趣，進而產生主動探究的欲望。③精設問題串，驅動學生積極發展思維是關鍵。概念建構的根本在于思維，思維活動產生于問題，依據初中學生的科學思維發展特點，精心設計真實的、邏輯嚴密的、層層遞進的梯度問題，能有效引導他們積極發展思維，對概念進行分步建構，親歷概念的形成過程，同時也較好地幫助了學生學習和訓練科學思維方法，培養科學思維品質。④特別突出學為主體、教為主導的教學理念。重要概念建構的每個環節，都要注重學的行為與教的行為的協調一致。學生是重要概念建構的主體，教學中更重視發揮學生的主動性和能動性，教師是指導者、幫助者，起組織、引領、點撥的作用，教師所做的一切都是幫助學生以主動探究的方式建構重要概念，更好地促進科學思維素養的提升。

三、新教學模式的應用示例

在新建構的教學模式下，筆者以“綠色植物的呼吸作用”為例，組織開展了教學工作。教學過程具體如下：

（一）創設適切問題情境，引入重要概念，助力科學思維的引發

教師用PPT 展示臥室窗臺擺放多盆花卉的情境，提出適切問題，帶領學生思考，引發主體認知結構與情境現象的沖突，引出呼吸作用的概念。

具體問題：有人認為，綠色植物擺放在臥室里，既更新了室內的空氣，又美化了環境，一舉兩得。你能結合光合作用的知識和自己的生活經驗，談談這種做法科學嗎？為什么？

（二）精設驅動性問題，引導學生積極探究、分步建構重要概念，助力科學思維發展

《課程標準》 對綠色植物的呼吸作用這一概念提出的教學策略建議是引導學生通過觀察、演示實驗、探究實驗等多種途徑，探究和認識植物的呼吸作用這一生理過程。為幫助學生自主建構呼吸作用這一重要概念，教師可提供生活化器材，對教材中原有的三個演示實驗進行優化整合，設問題串，引導學生先從呼吸作用的原料（消耗氧氣）、呼吸作用釋放的產物（產生二氧化碳、能量等）幾方面進行自主探究，感知生物學事實，獲得感性認識，再對這些事實進行分析、比較、歸納、抽象、概括等，分步建構呼吸作用概念的內涵，同時較好地訓練了學生的科學思維，助力科學思維的發展。

具體探究活動如下：

探究活動一：小組合作，自主探究，直觀感知生物學事實

將教科書中演示實驗轉化為探究性實驗，將原有的三套實驗裝置合并成一套，用透明飲料瓶作為實驗發生裝置，裝適量萌發的種子于瓶中，塞上打孔橡膠塞，分別插上帶針頭的注射器和探針電子溫度計，另取一套同樣的裝置，裝等量煮熟的種子作為對照組。對氣體檢驗方法做如下改進：①二氧化碳的檢驗（用注射器抽取兩裝置中的氣體，分別注到兩個裝滿澄清石灰水的廢棄西林瓶中，輕輕震蕩）；②氧氣的檢驗（用帶火星的衛生香替代燃燒的蠟燭）。

【實驗一】“有機物分解釋放能量” 的梯度問題：①煮熟的種子有活性嗎？②兩裝置中電子溫度計的讀數對比說明了什么？③釋放的能量來自哪里？

【實驗二】“有機物分解產生二氧化碳” 的梯度問題：①澄清石灰水通常用來檢驗哪種氣體？②你看到了什么現象？③兩個西林瓶不同的現象說明什么問題？

【實驗三】“有機物分解需要吸收氧氣” 的梯度問題：①裝萌發種子的裝置中還有哪種氣體成分發生了變化？②怎樣判定它發生了變化？③帶火星的衛生香插入兩個西林瓶后分別產生了什么現象？出現這種現象說明了什么問題？

探究活動二：對科學事實進行分析、歸納，或抽象、概括，初步建立概念

教師引導各小組成員對感知的事實進行分析，圍繞呼吸作用的場所與條件、實質與意義、物質和能量變化、表達式等進行抽象、概括，初步建立概念。

通過教師的引導，學生對具體事實進行交流和分析，明晰呼吸作用發生在所有植物細胞內部，其實質是“在氧氣的參與下，有機物分解，釋放二氧化碳，同時將儲藏的化學能釋放出來，供給生命活動的需要”。

（三）利用概念圖梳理重要概念，助力科學思維結構優化

思維結構是通過思維活動認識事物內在規律及相互關系時顯現出來的邏輯結構。概念圖是知識圖形化表征工具，它通過“節點”“連接線”及“聯系詞”把各個概念間的關系用圖形網絡化的形式直觀地呈現出來。繪制概念圖能體現學生對概念間的邏輯關系的理解程度，能將學生的隱性思維過程可視化。因此，教師依據概念間的層級關系和邏輯關系，引導學生自主建構、修正、展示概念圖，對所學概念進行梳理，有助于學生建立結構化、系統化的概念知識網絡。建構概念知識網絡能較好地訓練和提升學生的邏輯思維能力，促進了科學思維結構的優化。

教師提出問題，從呼吸作用的原料、產物、場所、實質等幾個方面建構概念圖，對呼吸作用的概念進行梳理。學生依據問題，建構概念圖（如圖2），形成呼吸作用概念網絡體系。

圖2 呼吸作用概念圖

具體問題：你能依據概念的內涵，從呼吸作用的原料、產物、場所、實質等方面畫出呼吸作用的概念圖嗎？

（四）應用重要概念解決實際問題，助力科學思維品質提升

思維品質是思維過程中表現出來的個性特征，是衡量思維水平高低的標志，如思維的深刻性、靈活性、批判性、創造性等。生物學重要概念與生活緊密相連，應用概念解決實際問題、解釋生物學現象時，需要調動學生已有的認知，并與其建立聯系，通過質疑、尋找證據、評價證據、合理推理、恰當判斷、理性解釋等科學思維活動達到解決問題或解釋現象的目的，同時也較好地促進了學生科學思維品質的提升。

學生建構了呼吸作用的概念后，教師通過設置適宜的問題，引導學生思考生產生活中的生物學現象，初步學會應用呼吸作用相關知識進行解釋，學生則通過應用呼吸作用概念解決實際問題，體會到科學知識的實用性，深化對呼吸作用這一概念的理解，在問題解決中提升了科學思維品質。

具體問題：①養花為什么要經常松土？②當莊稼遭遇洪澇災害時，為什么要及時排水？③新鮮蔬菜放在冰箱中，為什么能延長保質期？④貯藏稻谷時，為什么要保持低溫和干燥？

四、應用于教學后的思考

培養學生科學思維是生物學概念教學的重要任務之一。培養學生科學思維首先需要加強概念教學，因為概念的建構過程就是運用科學思維方法認識事物的過程。因此，課堂教學中，教師應將概念教學與科學思維培養統一起來，以《課程標準》精神為指導，針對初中生的科學思維發展的特點，采用合適的策略，幫助、引導學生自主建構并理解生物學重要概念，而不是僅僅強調對概念的記憶和背誦。建構的新模式將學生科學思維的培養融合到概念引入、概念建立、概念梳理、概念應用四個環節，通過創設適切的問題，引導學生通過探究性活動感知事實，在此基礎上，運用分析與比較、推理與歸納、抽象與概括等科學思維建構概念，逐步培養科學思維習慣，發展科學思維能力，進而促進學生生物學學科核心素養的提高，較好地落實義務教育生物學課程目標。當然，沒有一種放之四海皆準的教學模式，這就要求一線初中生物學教師在教學中不斷去實踐、修正并靈活運用。