概念模型建構在高中生物學教學中的實踐和反思
——以“神經系統的基本結構”為例

河北 赫叢琳

生物學概念是生物學知識的核心，是學生理解生物學內容的關鍵。《普通高中生物學課程標準(2017年版2020年修訂)》中明確提出高中生應在學習過程中運用“模型與建模”的方法，聚焦概念的學習，提升生物學學科核心素養。概念模型是以文字表述、符號等抽象概括事物本質特征的模型。建構概念模型對學生深度思考概念的內涵和外延、梳理知識網絡都起到十分積極的作用。教學過程不僅是教師講解和演示的過程，也是師生交流、共同發展的互動過程。建構主義理論認為，認知主體不是被動地接受知識，而是以其現有的知識經驗、信念為基礎，對新的信息主動地進行選擇、加工，從而建構起自己對知識的理解。在整個教學過程中，教師起組織者、指導者和促進者的作用，強調學生是學習的主體。因此，在教學過程中摒棄教師建立概念模型、學生被動學習的“包辦代替”模式，采用學生自主構建概念模型的學習方式，可以更好地關注學生的個體差異和發展需求，使學生真正參與到學習過程當中，使學生能夠實現主動思考并深度理解生物學知識。

系統是由相互聯系和相互作用的諸多要素構成的統一整體。系統的基本特征是整體性、有序性和內部結構的優化趨向。用系統性思維來認識事物、立足整體，將各部分、各要素聯系起來并優化組合，可實現整體的最優目標。高中生物學選擇性必修1第2章“神經系統的基本結構”一節概念眾多，層級復雜，為使學生充分認識神經系統這一整體及其各要素的關系，發展學生的系統性思維，筆者引導學生采用知識樹及集合的形式(圖1)自主建構神經系統的局部和整體概念模型。建構過程中，學生逐步打破了線性思維方式，搭建起了概念間的關系網絡，發展了崇尚真知、質疑批判的認知品質，提升了對系統觀的認識。

圖1 “知識樹型”概念模型與“集合型”概念模型圖例

1.課前布置建模任務，有效提升預習效果

教師課前布置預習任務，要求學生自主閱讀課本內容，了解神經系統的結構和組成，自主選擇建構其中部分要素的概念模型，而后在學習小組內，進行簡要講解。整體是由部分組成的，部分的結構和功能會影響整體，且部分服從和服務于整體，部分的發展可以推動整體的發展。因此以局部概念模型的建構為先導(圖2)，可逐步在學生的認知中建構出“神經系統”這一整體的結構和功能，同時降低了預習的難度，有助于學生在后續課堂上更主動地進行師生和學生之間的交流，提高學生在課堂中的參與度。同時，學生可以發現自我認知上的疑難點，如腦神經、脊神經、傳入神經、傳出神經、自主神經系統之間的關系，有助于學生帶著問題聽課，主動探求問題的答案。建模后的組內相互講解更是從規范度、精確度等方面訓練了學生的語言表達交流能力，促進學生內在思維的外顯化。

圖2 “神經系統的基本結構”課前預習概念模型

2.模型暴露思維問題，指導教師備課和教學

教學需張弛有度，對重難點內容需有所側重。學生在建模過程中既習得了知識，又暴露出了知識和思維上的漏洞。用學生自主構建的概念模型做輔助，教師在備課時會更加有的放矢，思考更合理、更有效的重難點突破方法，切實提高課堂學習效率。

【教學案例1】在建構“外周神經系統的組成”的局部模型時，部分學生將軀體運動神經、內臟運動神經、傳出神經、傳入神經歸結為并列關系；部分學生認為軀體運動神經和內臟運動神經包含傳出神經和傳入神經；還有部分學生認為自主神經系統獨立于外周神經系統之外。針對這些模型中暴露出的思維問題，教師可在課前精心設置問題串：①外周神經系統和神經有何關系？②腦神經和脊神經的分類依據是什么？傳入神經和傳出神經的分類依據是什么？③腦神經、脊神經中含傳入神經和傳出神經嗎？傳入神經、傳出神經中含腦神經和脊神經嗎？④軀體運動神經和內臟運動神經的分類依據是什么？⑤軀體運動神經、內臟運動神經中含傳入神經和傳出神經嗎？傳入神經、傳出神經中含軀體運動神經和內臟運動神經嗎？⑥內臟運動神經和自主神經系統有何關系？交感神經、副交感神經和內臟運動神經有何關系？

通過上述一系列問題串，學生經歷了深度思考的過程，對外周神經系統中各要素間的關系逐漸清晰，同時創造性地建立了“集合型”的局部概念模型(圖3)。

圖3 “外周神經系統的組成”局部概念模型

【教學案例2】在建構“組成神經系統的細胞”這一局部模型時，學生多將神經元和神經纖維的關系建構為包含關系，將細胞體、樹突、軸突、神經末梢構建為平行關系，這都是學生“線性思維”的表現，無法辨析存有復雜關系的概念。對此疑點，教師可以策劃課堂微型辯論會，讓學生表述自己的觀點和思維過程，反駁或支持他人觀點，讓問題在交流和碰撞中被突破。教師也可提前準備相關圖片、標本或視頻，從解剖學角度讓學生直觀認識各種結構的形態、構造、位置關系等，幫助學生消除錯誤概念，修正并完善模型(圖4)。

圖4 “組成神經系統的細胞”局部概念模型

3.課后構建整體概念模型，促成系統性思維

整體性是事物的本質屬性，能不能從整體出發來認識和研究問題是系統性思維和非系統性思維的突出區別。在課前預習和課堂學習過程中，學生多建立涉及部分概念的局部概念模型，在一節或一章的學習結束后，將局部概念模型相互聯系，匯總為整體概念模型，將有利于學生構建系統的知識網絡。全節知識內容學習完成后，教師布置作業：①闡述神經元、神經中樞、中樞神經系統的關系；闡述神經元、神經和外周神經系統的關系；②從整體性、有序性和內部結構的優化趨向出發，建立系統的全節概念模型；③相對于各組成要素，作為整體的神經系統具有哪些新的屬性，你認為“整體大于部分之和”嗎？可以在學習小組內交流討論。

問題①②可幫助學生思考各要素間的關系，形成完整的概念模型(圖5)，問題③可培養學生綜合、系統思維習慣的形成，同時向學生滲透結構與功能觀、進化與適應觀等生命觀念。

圖5 “神經系統的基本結構”整體概念模型

4.運用概念模型建構學習方式的反思

教育學家杜威曾說：“教學絕不僅僅是簡單的‘告訴’，教學應該是一種過程的經歷、體驗、感悟。”學生是意義建構的主動者，認知或學習是探究、發明、建構知識的過程。以學生為學習主體的概念模型建構學習方式，轉變了學生的學習角色。親手繪制、質疑辯駁、深度思考、主動表達的過程，使學生形成良好的求知心理和認知品質，既加深了對概念本質的理解、形成知識網絡，又培養了系統、綜合、合作、開放的思維習慣，讓學生從被動的知識接受者真正轉變為學習的參與者。教師依據學生的思維難點組織教學，使教學目標的落實更加到位，課堂的效率也更加高效。