基于問題情境的生物學(xué)概念構(gòu)建和裂變實踐策略
——以“動物的運動”一課為例

●徐光德，王愉鑫

學(xué)生生物學(xué)核心素養(yǎng)體現(xiàn)為學(xué)生在面對真實情境中的生物學(xué)問題時表現(xiàn)出的必備品格和關(guān)鍵能力[1]。而解決真實情境中的生物學(xué)問題，往往涉及多個概念的系統(tǒng)聯(lián)動與靈活應(yīng)用，這不僅需要學(xué)生系統(tǒng)化構(gòu)建生物學(xué)概念，更需要學(xué)生能夠裂變性地運用生物學(xué)概念。

一、生物學(xué)概念構(gòu)建和裂變模型

科學(xué)概念的構(gòu)建是學(xué)生在前概念的基礎(chǔ)上，經(jīng)歷各種學(xué)習(xí)活動，感知事實、尋找證據(jù)，再通過分析、綜合、抽象、概括，構(gòu)建起新的科學(xué)概念。整個過程，教師的角色是學(xué)習(xí)活動的設(shè)計者、組織者，通過設(shè)計并組織各種學(xué)習(xí)活動幫助學(xué)生感知事實、尋找證據(jù)、抽象概念[2]。生物學(xué)概念的裂變是指在一定情境下，為解決具體問題需要從大概念輻射向下涉及多個下位概念，這樣由上而下、由點到面，一觸聯(lián)動，基于對概念的層級剖析與概念間的關(guān)聯(lián)與碰撞， 最終運用多個相關(guān)概念解決真實情境中生物學(xué)議題的過程。因這個過程類似于物理學(xué)所描述的裂變反應(yīng)，故稱為概念的實踐性裂變。

新授課中，概念實踐性裂變的前提是概念構(gòu)建。在具體情境中裂變概念解決實際問題既是概念的遷移、應(yīng)用，也是概念的深度構(gòu)建過程。教學(xué)中，教師常常以實物、視頻、圖片、資料等形式引入一個核心問題，接著圍繞核心問題分解出多個子問題，設(shè)計并組織各種學(xué)習(xí)活動以幫助學(xué)生構(gòu)建一系列的次位概念及事實性知識。之后，借助這些系統(tǒng)化的次位概念及事實性知識，幫助學(xué)生構(gòu)建本節(jié)課的重要概念。最后，再回歸問題情境，裂變概念、解決問題。同時，還可以引導(dǎo)學(xué)生裂變概念，解決延伸問題（如圖1 所示）。

圖1 新授課中概念構(gòu)建及裂變策略

二、生物學(xué)概念構(gòu)建及裂變實踐策略

筆者以“動物的運動”這一課為例，談一談關(guān)于生物學(xué)概念的系統(tǒng)構(gòu)建及實踐性裂變策略。

（一）教材分析

本課選自人教版義務(wù)教育教科書《生物學(xué)》八年級上冊第五單元第二章第一節(jié)，內(nèi)容是在學(xué)生已經(jīng)知道動物的運動方式多種多樣的基礎(chǔ)上，學(xué)習(xí)運動形成的原因。教學(xué)中，教師要幫助學(xué)生形成的重要概念是：動物因逃避敵害、爭奪食物和棲息地、完成繁殖所進(jìn)行的運動， 是在神經(jīng)系統(tǒng)和內(nèi)分泌系統(tǒng)的調(diào)節(jié)下，由骨骼和肌肉共同完成的。

本節(jié)內(nèi)容也是繼學(xué)生在七年級下冊第四單元“生物圈中的人” 中學(xué)習(xí)了人體八大系統(tǒng)中的生殖、消化、循環(huán)、呼吸、泌尿、神經(jīng)、內(nèi)分泌等系統(tǒng)后的最后一個系統(tǒng)——運動系統(tǒng)的學(xué)習(xí)。所以本節(jié)課還需要幫助學(xué)生整合原有的概念，構(gòu)建起“人體各個系統(tǒng)相互聯(lián)系、相互協(xié)調(diào)，以完成生命活動”這一重要概念[3]。

（二）設(shè)計思路

本課中，教師利用兔子的跳躍和人體廣播體操兩則視頻引入“運動是怎樣產(chǎn)生的”。接著，教師圍繞該問題情境設(shè)計、組織一系列學(xué)習(xí)活動，幫助學(xué)生感知事實、尋找證據(jù)，構(gòu)建相關(guān)概念。之后，教師引導(dǎo)學(xué)生回歸問題情境，提取概念，解決真實問題，即概念的實踐性裂變。最后，再從家兔遷移到人體，用裂變概念分析廣播操中的屈肘、伸肘動作（如圖2）。

圖2 “動物的運動”設(shè)計思路

（三）教學(xué)流程

1．創(chuàng)設(shè)情境，引出課題

教師出示“家兔跳躍”和“廣播體操”兩則視頻后提出問題：家兔跳躍時，前肢如何運動？ 學(xué)生經(jīng)過觀察很快得出結(jié)論：起跳時收腿，落地時伸腿。教師邀請同學(xué)演示該動作后追問：家兔如何完成這兩個動作？ 在學(xué)生無法回答時，教師轉(zhuǎn)換問題：參與完成這一運動的結(jié)構(gòu)有哪些？ 在教師引導(dǎo)下，最終聚焦到骨、關(guān)節(jié)、肌肉三部分結(jié)構(gòu)。

2.圍繞問題，構(gòu)建概念

教師提問：這三部分結(jié)構(gòu)該如何協(xié)調(diào)配合，完成運動呢？結(jié)合課前解剖好的家兔前肢，引導(dǎo)學(xué)生辨認(rèn)三部分結(jié)構(gòu)以及認(rèn)識它們的連接情況。通過觀察，學(xué)生很容易獲得骨與骨通過關(guān)節(jié)連接，肌肉（骨骼肌）附著在骨上等事實性知識。

（1）骨

教師提問：家兔跳躍時，參與的前肢骨主要有哪些？ 學(xué)生對照教材上的家兔骨骼圖辨認(rèn)肱骨、尺骨、橈骨等。并結(jié)合人體骨骼圖，從家兔遷移到人體，辨認(rèn)人體主要的上肢骨。最后，教師補(bǔ)充尺骨和橈骨的判斷方法，從而幫助學(xué)生構(gòu)建起上肢骨包括肱骨、尺骨、橈骨等事實性知識。

（2）關(guān)節(jié)

教師提問：參與跳躍的前肢骨是如何連接的？結(jié)合實物使學(xué)生明確肩胛骨與肱骨通過肩關(guān)節(jié)相連，肱骨與尺骨、橈骨通過肘關(guān)節(jié)相連，并利用微課及模式圖幫助學(xué)生構(gòu)建關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)的概念。然后讓學(xué)生轉(zhuǎn)動和拉動家兔的肩關(guān)節(jié)，引導(dǎo)學(xué)生分析是哪些結(jié)構(gòu)決定了關(guān)節(jié)既牢固又靈活，從而強(qiáng)化了結(jié)構(gòu)與功能觀。

（3）肌肉

教師提問：單純的骨骼能完成運動嗎？引導(dǎo)學(xué)生明確還需要骨骼肌提供動力。然后，學(xué)生親歷解剖觀察骨骼肌的活動， 構(gòu)建起骨骼肌結(jié)構(gòu)的概念以及骨骼肌連接在相鄰的骨上這一生物學(xué)事實。

3.回歸問題，裂變概念

教師布置任務(wù)：請大家利用所學(xué)概念，讓家兔的前肢動起來。學(xué)生小組討論后上臺演示掰動骨讓前肢動起來和牽拉骨骼肌讓前肢動起來的兩種方法。教師提問：哪種方法正確？ 這時有學(xué)生分析到：運動中提供動力的是骨骼肌，是骨骼肌收縮讓骨動起來，而不是骨的運動讓骨骼肌收縮，因此，第二種方法正確。教師再出示牽拉骨骼肌讓前肢運動的視頻。結(jié)合視頻，教師引導(dǎo)學(xué)生明確：當(dāng)牽拉內(nèi)側(cè)肌肉（肱二頭肌）處于收縮狀態(tài)時，前肢抬起，這時相當(dāng)于家兔起跳時前肢收起的動作。學(xué)生還能直觀地觀察到外側(cè)肌肉（肱三頭肌）此時處于舒張狀態(tài)。教師再追問：家兔落地時，前肢伸直的動作如何完成呢？ 這時，學(xué)生便能很快地給出答案：牽拉外側(cè)肌肉。教師再播放牽拉外側(cè)肌肉（肱三頭肌）的視頻幫助學(xué)生構(gòu)建起一組骨骼肌的收縮可以讓骨的位置發(fā)生改變，但是要想使骨復(fù)位還需要另一組骨骼肌的參與這一生物學(xué)事實。

4．類比推理，遷移應(yīng)用

教師出示廣播體操動圖中截取的伸肘和屈肘兩個動作并提出問題：這兩個動作如何完成？ 這時，學(xué)生便能很自信地給出答案：當(dāng)肱二頭肌收縮時，完成屈肘，當(dāng)肱三頭肌收縮時，完成伸肘。

教師再追問：骨骼肌會隨意收縮嗎？引導(dǎo)學(xué)生明確骨骼肌收縮的原因是受神經(jīng)傳來的刺激。最后，教師將結(jié)論板書在黑板上（如圖3）。

圖3

5．整合概念，系統(tǒng)構(gòu)建

教師借助生物體結(jié)構(gòu)層次的知識幫助學(xué)生構(gòu)建起骨、關(guān)節(jié)、肌肉共同構(gòu)成運動系統(tǒng)， 并明確運動的形成與自身的運動系統(tǒng)密切相關(guān)。接著，教師提出問題：只具備運動系統(tǒng)就能完成運動嗎？ 通過討論幫助學(xué)生構(gòu)建起運動并不是僅靠運動系統(tǒng)來完成的，還需要其他系統(tǒng)如神經(jīng)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)，運動所需的能量有賴于消化系統(tǒng)、呼吸系統(tǒng)、循環(huán)系統(tǒng)等系統(tǒng)的配合這一重要概念。教師追問：運動的完成一定需要運動系統(tǒng)嗎？ 目的在幫助學(xué)生構(gòu)建運動系統(tǒng)只是人和高等動物具有，而無脊椎動物可以依靠肌肉收縮和附肢運動完成運動等概念。

最后，教師出示各種動物運動的視頻，幫助學(xué)生整合概念，完善概念體系，引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)歸納出運動有助于尋覓食物、躲避天敵、爭奪領(lǐng)地，繁殖后代等意義。

6．聯(lián)系生活，情感升華

教師引導(dǎo)學(xué)生說出自己喜愛的體育運動并分享原因。學(xué)生中有的喜歡籃球，認(rèn)為可以增強(qiáng)協(xié)調(diào)性；有的喜歡乒乓球，認(rèn)為可以保護(hù)視力；有的喜歡慢跑，認(rèn)為可以增強(qiáng)抵抗力……教師出示廣播操比賽集錦的視頻，幫助學(xué)生養(yǎng)成熱愛運動、堅持運動的習(xí)慣。

（四）教學(xué)反思

1．基于問題解決的概念構(gòu)建及裂變

建構(gòu)主義非常關(guān)注情境性教學(xué)，認(rèn)為“教學(xué)應(yīng)該使學(xué)習(xí)在與現(xiàn)實情境相類似的情境中發(fā)生， 以解決學(xué)生現(xiàn)實生活中遇到的問題為目標(biāo)”[4]198。因此，本堂課設(shè)置了“運動是怎么產(chǎn)生的”這一問題情境并貫穿教學(xué)始終。首先，圍繞這一問題的解決設(shè)計不同層次的學(xué)習(xí)任務(wù)，幫助學(xué)生層層深入地構(gòu)建骨、關(guān)節(jié)、肌肉和運動的概念。其次，在建構(gòu)起運動及運動系統(tǒng)的相關(guān)概念后，結(jié)合學(xué)生體驗建立概念間的系統(tǒng)關(guān)聯(lián)，讓學(xué)生理解運動是多系統(tǒng)協(xié)調(diào)配合完成的。再次，引導(dǎo)學(xué)生回歸問題，裂變概念，用所學(xué)概念解釋生物學(xué)問題。最后，聯(lián)系生活情境讓學(xué)生意識到運動的意義，滲透情感態(tài)度價值觀教育。由此可見，這一問題情境既是學(xué)生構(gòu)建概念的驅(qū)動任務(wù)，又是裂變概念的生物學(xué)議題。概念構(gòu)建是概念裂變的前提，概念裂變又能有效促進(jìn)概念的深度構(gòu)建。

2.基于實驗充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性

建構(gòu)主義思想的核心主旨體現(xiàn)為“知識是在主客體相互作用的活動之中建構(gòu)起來的”[4]182， 強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)者的主動建構(gòu)。因此，本節(jié)課的設(shè)計以實驗為基礎(chǔ)，讓學(xué)生在實驗過程中自主構(gòu)建運動的概念。首先，給學(xué)生提供家兔前肢和肩關(guān)節(jié)的實驗材料，讓學(xué)生在解剖、觀察家兔前肢和肩關(guān)節(jié)的實驗中認(rèn)識骨、關(guān)節(jié)和肌肉的結(jié)構(gòu)及功能；其次，讓學(xué)生在體驗“如何讓家兔肩關(guān)節(jié)動起來”的活動中構(gòu)建運動的概念；接著，讓學(xué)生通過家兔類比人的屈伸肘運動，感受運動的形成是在神經(jīng)系統(tǒng)、消化系統(tǒng)等多系統(tǒng)協(xié)調(diào)配合下產(chǎn)生的；最后，拓展到動物不同的運動方式及其意義，讓學(xué)生在具體問題情境中建構(gòu)運動的類型及意義。整個學(xué)習(xí)過程，學(xué)生是學(xué)習(xí)的主角，而老師只是引導(dǎo)、組織學(xué)生完成各種學(xué)習(xí)活動，真正踐行“學(xué)生主體，教師主導(dǎo)”的教學(xué)原則。學(xué)習(xí)效果上，學(xué)生也從剛開始面對問題情境時的膽怯、不知所措，變得踴躍，能從容自信地解釋運動產(chǎn)生的原因，達(dá)到了預(yù)期效果，實現(xiàn)了有意義的學(xué)習(xí)。