基于概念模型構建的支架式教學研究

顏婷婷

［摘 要］在“核酸是遺傳信息的攜帶者”一課中，基于概念模型組織和實施支架式教學，將核心知識有效串聯起來，幫助學生掌握重點知識，構建知識體系，同時讓學生在思考問題和歸納知識的過程中培養解決問題的能力，提升生物學學科核心素養，形成“以細胞為核心”的完整物質觀和生命觀。

［關鍵詞］概念模型；支架式教學；核酸

［中圖分類號］ ? ?G633.91 ? ? ? ?［文獻標識碼］ ? ?A ? ? ? ?［文章編號］ ? ?1674-6058（2022）20-0081-03

概念模型是指一種為了達到某一應用目的而用語言文字、符號、圖形等簡化、概括某種信息表述的模型，具有可視、形象、直觀等特點。

支架式教學是指為學生的學習提供適當的線索或提示（支架），讓學生通過這些支架一步一步地攀升，逐漸發現和解決學習中的問題，掌握所學知識的一種教學法。它以建構主義學習理論為理論基礎，以學習者為中心，以培養學生的問題解決能力和自主學習能力為目標。

概念模型與支架式教學的結合有利于學生構建生物學知識體系。在進行教學之前，教師要了解學生的前概念（學習前對某一事物的觀點、認知和想法），并且根據課程標準的要求，明確教學中需要傳授哪些大概念與重要概念，如何通過一系列支架，即問題設計以及學生活動，讓學生越過最近發展區，構建更高層次的知識體系。

要想開展基于概念模型構建的支架式教學，教師應注意以下幾個方面：（1）問題設計要貼合概念本身含義，由淺入深、由現象至本質，促進學生思維能力的提升；（2）問題設計要具有探究性，能調動學生思維，提升課堂活躍度；（3）問題設計要注重聯系生活實際，引入特定真實情景供學生分析，提升學生分析和解決問題的能力；（4）學生活動設計要注重合作學習，能引導學生通過同伴互助提高學習效率。

本文基于大概念教學的理論研究和最近發展區的核心理念，以“核酸是遺傳信息的攜帶者”一課為例，重點闡述如何基于概念模型的構建，組織和實施支架式教學。

一、學情分析

在學習本節課之前，學生已經學習了組成細胞的元素和化合物（如糖類和蛋白質等），對“生物大分子是由許多基本組成單位連接而成的”有了初步的認識，但由于核苷酸的種類多樣，且自身的化學知識儲備不足，他們很容易產生知識上的混亂，故教師在引導時應告知學生不要糾結于化學基團的書寫，而要以化學基團為單位，構建核酸結構的模式圖。

二、教學目標

生命觀念：總結細胞的物質組成，了解各物質在細胞生命活動中所起的作用；通過學習核酸的結構與功能、生物大分子以碳鏈為骨架等，認識到“結構決定功能”的生物學原理，從而形成結構與功能觀。

科學思維：在前概念的基礎上，采用概括、推理和建模的方法自主構建概念模型，概括核酸的結構與功能這一重點內容；通過評價概念模型，培養批判性思維。

科學探究：在科學探究和解決問題的過程中，通過與他人合作交流，培養嚴謹求實的科學態度和科學探究精神。

社會責任：通過學習“每個生命的特征體現都是其核酸攜帶相應遺傳信息的結果”，認識到每個生命都是獨一無二的，從而培養尊重生命、保護生命以及愛惜生命的社會責任感。

三、教學重難點與破解方法

重點：核酸的種類與結構組成。教師引導學生聚焦本節課的關鍵詞（如核酸、核苷酸、五碳糖、磷酸、堿基等），并提出層級遞進的支架式問題，讓學生思考解決并構建相應的概念圖。

難點：概念圖的構建。教師首先根據教材內容給出部分完整的概念圖，讓學生了解概念圖的基本形式；然后給出留白的概念圖，讓學生嘗試完善概念圖；最后給出關鍵詞，鼓勵學生自主構建概念圖。

四、教學過程

（一）利用熱點情境導入

教師展示核酸檢測場景圖與核酸檢測報告（圖略），并創設情境：“當前，我國疫情防控形勢依然嚴峻，核酸檢測是疫情防控的重要手段，也是抗擊疫情中最為關鍵的環節，通過大規模的核酸篩查，可精準定位感染人群。現在我國通過混檢等核酸檢測技術，大大降低了檢測成本。”

提出問題：（1）病毒主要由核酸和蛋白質構成，為什么要檢測病毒的核酸？（2）核酸檢測為什么能準確識別患者感染的是新冠病毒，甚至還能識別其感染的是哪種毒株？（3）新冠病毒的核酸是哪種類型？為什么其容易發生變異？

說明：以新冠病毒的事實情境導入課堂，讓學生認識到核酸的普遍存在及獨特性，并且知道身邊的生活現象能用所學的生物學知識來解釋，提高學生的生物學學科核心素養。

（二）借助概念模型，搭建教學支架

教師在了解學生前概念的基礎上，先搭建第一個知識層級“核酸是一種普遍存在于生物體內、具有獨特性的生物大分子”；接著展示資料，從中引出實驗研究，證明生物體內的核酸包括脫氧核糖核酸和核糖核酸；然后通過圖片展示核酸是由核苷酸連接而成的長鏈，搭建第二個知識層級“生物體內的核酸有DNA和RNA，其基本單位是核苷酸”；最后在學生了解DNA和RNA的基本組成單位及其結構后，進一步引導學生了解DNA和RNA中核苷酸排列的多樣性，搭建第三個知識層級“核酸是細胞內攜帶遺傳信息的物質，在生物體的遺傳、變異和蛋白質的生物合成中具有極其重要的作用”。具體過程如下：

1.核酸的種類及其分布

教師展示資料：（1）1868年，瑞士科學家米歇爾（F. Miescher）從膿細胞的細胞核中分離出一種含磷量很高的酸性物質，這就是核酸，后來人們發現，核酸有兩種類型：脫氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA）；（2）通過甲基綠和吡羅紅染色可觀察DNA和RNA在細胞中的分布，甲基綠把DNA染成綠色，把RNA染成紅色；（3）觀察甲基綠和吡羅紅染色后的圖片，推測DNA和RNA在細胞中的分布；（4）1951年，科學家千葉（Chiba Y．）發現葉綠體某些部位能通過甲基綠染成綠色，后來，人們又發現甲基綠也可以將線粒體中的某些物質染成綠色，這說明了什么？結合以上學習支架，學生進行思考探究，并在教師的幫助下構建出“核酸的種類及其分布”概念圖（如圖1）。

2.核酸的結構

教師首先提出問題：核酸是一種生物大分子，它的基本單位是什么？它們是如何連接構成核酸的？然后引導學生閱讀課本文字，提取關鍵信息，完成概念圖（如圖2）的填充。這個過程把構建概念圖的主導權交給了學生。此概念圖可視為通往第二個知識層級的支架。在構建概念圖的過程中，學生不僅培養了精細閱讀的能力，還培養了歸納、比較等科學思維能力。

學生自主構建有關核酸的知識體系：核苷酸包括脫氧核苷酸和核糖核苷酸；脫氧核苷酸連接組成兩條脫氧核苷酸鏈，進而構成DNA；核糖核苷酸連接組成一條核糖核苷酸鏈，進而構成RNA。

接著，教師結合教材圖片，利用圖3讓學生進行識圖辨析。

學生通過討論對比得出：（1）每分子核苷酸由一分子含氮堿基、一分子五碳糖和一分子磷酸組成；（2）脫氧核苷酸中的五碳糖為脫氧核糖，核糖核苷酸中的五碳糖為核糖；（3）堿基的種類總共有5種，核糖核苷酸中的堿基為A、G、C、U，脫氧核苷酸中的堿基為A、G、C、T。

然后，教師將復雜的分子結構式轉化為核苷酸結構簡圖（如圖4），并鼓勵學生將之前討論得出的結果填寫到結構簡圖中，從而得到概念模型（如圖5）。

最后，結合以上概念模型，教師針對教材中的圖片（如圖6）提出問題：核苷酸之間是如何連接在一起的？通過形成磷酸二酯鍵（如圖7），讓學生明白：核苷酸分子可以經過脫水，形成分子質量非常大的結構，由此將核苷酸與生物大分子聯系起來。同時引導學生通過問題討論與概念模型的構建，實現知識層級2的學習目標。

3.核酸是細胞內攜帶遺傳信息的物質

在這個環節中，教師給學生分發若干圓形、五角形與長方形的卡片，讓學生小組合作構建由四個核苷酸連接的DNA和RNA核苷酸鏈模型，并用筆在不同的卡片上寫出對應的基團名稱。教師巡視指導，關注學生所構建的模型中的DNA和RNA對應的核苷酸是否準確，相應的堿基與五碳糖書寫以及核苷酸之間連接的位置是否正確等。

在學生完成相應的活動后，教師利用多媒體課件展示不同小組的模型構建結果，再讓學生之間相互點評、糾錯。教師進行總結：大家組裝出的雖然都是鏈狀結構，但并不是一模一樣的核苷酸鏈，原因是選用的核苷酸種類不同，排列的順序也不相同。由此可知，生物體內的脫氧核苷酸（核糖核苷酸）雖然只有4種，但是如果數量不限，在連接成長鏈時，排列順序便極其多樣，脫氧核苷酸的排列順序儲存著生物的遺傳信息。核酸在生物體的遺傳、變異和蛋白質的生物合成中具有極其重要的作用。

聯系導入問題1：病毒主要由核酸和蛋白質構成，為什么要檢測病毒的核酸？

核酸是攜帶遺傳信息的物質，核酸與遺傳、變異及控制蛋白質的生物合成息息相關，可決定生物體的性狀。

聯系導入問題2：核酸檢測為什么能準確識別患者感染的是新冠病毒，甚至還能識別其感染的是哪種毒株？

不同生物的核酸攜帶著不同的遺傳信息，核酸決定了生物的性狀和生理功能，因此核酸具有獨特性，檢測核酸可鑒定其是否是新冠病毒的核酸。

聯系導入問題3：新冠病毒的核酸是哪種類型？為什么其容易發生變異？

新冠病毒的核酸是DNA。新冠病毒的遺傳信息儲存在RNA中，RNA的結構只有一條單鏈，更容易受到環境的影響而發生變異。

這樣以概念模型以及問題設計作為支架，逐步搭建通往第三個知識層級的階梯，可使教學有條不紊地進行。

五、教學反思

本節課基于大概念和重要概念搭建了知識層級支架，并通過指導學生精細閱讀、相互討論以及構建概念模型實現學生知識和能力的躍遷。在這個過程中，學生合作學習、自主知識建構，教師及時反饋、高效評價，并且注重學生之間的相互評價。這體現了學生主體、教師主導的教學理念。

［ ? 參 ? 考 ? 文 ? 獻 ? ］

［1］ ?劉恩山.普通高中生物學課程標準解讀：2017年版［M］.北京：高等教育出版社，2018.

［2］ ?左開俊. 基于模型構建的支架式教學研究：以“生態系統的物質循環”為例［J］.生物學通報，2021（8）：30-32.

［3］ ?黃建林.基于模型構建的“生物體的結構層次”（第1課時）的教學設計［J］.生物學通報，2021（10）：22-24.

（責任編輯 黃春香）