基于表現性評價的初中生物學模型建構
——以“人體與外界的氣體交換”為例

賈國靜 張浩 劉金東

(1.山東省濰坊市臨朐縣教育科學研究院 山東濰坊 262600)

(2.山東省濰坊市臨朐縣朐陽學校 山東濰坊 262600)

(3.山東省濰坊市臨朐縣文匯初中 山東濰坊 262600)

《義務教育生物學課程標準(2022年版)》(以下簡稱《課程標準》)從生命觀念、科學思維、探究實踐、態度責任四個方面界定了初中生物學核心素養。其中科學思維是培育科學精神、形成生命觀念的重要途徑,而比較與分類、歸納與演繹、分析與綜合、模型與建模是主要的思維方法。模型與建模可以揭示事物的形態、特征和本質,在培育學生高階思維能力的同時,引領學生進行深度學習,理解學科核心概念。在初中生物學教學中物理模型、概念模型、數學模型的使用比較頻繁,但學生自主建模、模型展示與深化應用等環節缺少過程性評價,難以引導學生進行深度思維。

《課程標準》強調評價方法多樣化,推進表現性評價,將紙筆測試與表現性評價相結合,保證以評促學、以評促教。相較于紙筆測試,表現性評價提供了清晰的學習目標、有意義的情境任務以及明確的評分規則,通過有效的學習反饋帶動學生自我評價、自我反思,促進學生的學習與發展。表現性評價的評分標準既關注學生的學習結果,也關注學生的學習過程,沒有唯一的答案但能夠向學生展示答案的標準,對學生的模型構建具有指導與評價的雙重作用。因此,下文嘗試將表現性評價與生物學模型建構相整合,以濟南版初中生物學“人體與外界的氣體交換”一節為例,從物理模型、數學模型、概念模型三個方面進行表現性評價任務設計。

1 表現性評價在物理模型構建中的應用

物理模型是指利用實物、圖畫等材料或形式,將真實事物放大或縮小制成模型。模型能夠模擬真實事物的某些功能或特性,如DNA 分子雙螺旋結構、小腸壁結構模型等。在學生的制作、展示與評價過程中,原本抽象難以理解的生物學知識逐漸清晰、內化,能夠更好地指導評價學生制作模型的規范性。教師在制定評價標準時需要從科學性、藝術性、創新性等方面考慮。

1.1 案例“模擬肺與外界的氣體交換——呼吸運動”

學習目標:利用身邊的材料制作模型,模擬膈肌與呼吸運動的關系,理解呼吸運動的實現過程。

表現性評價任務要求:(1)結合人體呼吸系統組成,利用礦泉水瓶、氣球、Y 形導管、膠帶、剪刀等材料制作膈肌運動模型。(2)描述模型中各組成部分所代表的人體結構名稱。(3)上下拉動膈肌,觀察肺的變化,描述膈肌與呼吸運動的關系。

表現性評價標準:評價標準不僅是教師評價學生的依據,更是學生學習行為的重要導向。本次評價標準設計了科學性、藝術性、創新性三個評價指標,采用等級劃分,見表1。

表1 膈肌運動模型評價標準

設計意圖:學生根據評價任務要求,利用身邊的材料進行模型制作。小組選派代表展示模型(圖1),描述模型組成,闡述膈肌與呼吸運動的關系。在完成該表現性評價任務后,學生總結歸納出呼吸運動的過程。綜上,課堂中可以通過物理模型的開發制作,使抽象、內隱的生命結構或現象直觀化,幫助學生探索變化的根本原因。

圖1 膈肌運動物理模型

2 表現性評價在數學模型構建中的應用

數學模型通過公式、曲線圖及柱狀圖等數學方式,表述生命活動規律。如光照強度、溫度、二氧化碳等條件與光合作用強度的關系曲線;淀粉、脂肪、蛋白質在消化道內被消化程度的曲線;吸氣與呼氣時氣體成分含量柱狀圖等。學生在自主繪制數學模型的過程中,必須基于對核心概念的深刻理解,在理解知識本質之后,通過總結歸納、遷移運用才能繪制出數學模型?；诖?表現性評價任務在設計的過程中要體現問題驅動,注重學生思維的外顯,通過繪制數學模型促進學生思維深刻性、批判性。

2.1 案例“人體內的氣體交換”

學習目標:基于數據構建數學模型,描述肺泡處和組織處氣體交換的過程及血液成分變化。

表現性評價任務要求:分析人體吸入氣體與呼出氣體成分變化,見表2,推測血液流經肺泡處和組織處時血液中氧氣和二氧化碳含量的變化,并繪制變化曲線,解釋人體吸入與呼出氣體中氧氣或二氧化碳含量變化的原因和意義。

表2 人體吸入和呼出的氣體成分含量對照表

表現性評價標準:為更好地規范、指導學生利用坐標軸繪制曲線,正確表示血液中氣體成分變化,評價標準的設計從以下三個維度展開,更多地傾向于指導學生行為,具體見表3。

表3 “氧氣和二氧化碳變化曲線圖”評價標準

設計意圖:學生通過分組實驗和結果分析,已對發生在肺泡處和組織處的氣體交換有所了解,但缺少整體、深入的思考。如圖2所示,學生在完成該表現性任務的過程中,分析數據構建數學模型,基于曲線變化闡述人體內氣體交換的根本原因和意義,在明確變化本質的基礎上構建核心概念。同時利用文字、表格、模型的相互轉化,促使知識的遷移與歸納。學生在展示交流的過程中,將隱性思維可視化,同時學生間的互評與教師評價可以完善學生概念的形成。

圖2 氧氣變化數學模型

3 表現性評價在概念模型構建中的應用

概念模型指的是以圖示、文字及符號組成概念圖和思維導圖等對生命現象或規律進行描述,如血液循環途徑模式圖、遺傳圖解等。概念模型簡潔直觀,通過箭頭、曲線等符號將關鍵詞進行連接,既揭示了事物的本質特征,又提升了學生思維的深刻性、獨創性?；谡鎸嵉那榫硠撛O表現性評價任務,使表現性評價與概念模型相結合,在啟發學生深度思維的同時,促使學生對知識的靈活遷移與運用。

3.1 案例“人體與外界的氣體交換”

學習目標:通過構建概念模型,總結人體完成氣體交換的四個環節。

表現性評價任務要求:(1)氧氣是組織細胞進行呼吸作用的原料,請利用流程圖的形式,描述氧氣由外界空氣進入人體組織細胞的具體路徑。(2)補充完善二氧化碳排出體外的途徑。

表現性評價標準:概念模型的構建更重要是學生思維過程的外顯,因此評價標準除注重美觀、準確外,更要體現學生表達的過程。具體內容見表4。

表4 概念圖評價標準

設計意圖:學生在學習了“人體與外界的氣體交換”全部內容之后,教師創設問題情境,讓學生繪制氧氣進入組織細胞的流程圖(圖3),從而構建概念模型。通過該表現性評價任務,學生在概念模型完善和展示交流過程中,梳理歸納人體三次氣體交換,明確人體與外界氣體交換的過程與意義。概念模型的構建過程就是生物學概念形成的過程,在此基礎上,學生能夠進一步形成結構與功能觀等生命觀念。

圖3 人體與外界氣體交換概念模型

4 反思總結

表現性評價不僅是一種評價形式,更是一種學習活動,表現性評價過程是一種教學互動的過程。模型是抽象和形象的有機結合,一方面能夠抽象表達生命現象本質和規律,另一方面在構建、修正模型的過程中能夠發展思維的深刻性、邏輯性和批判性?；诒憩F性評價進行模型與建模設計,可以發揮學生主體性,促進學生深入理解概念,形成核心素養。但是,在設計實施過程中也出現一些不足之處,如評價量表的評分者存在主觀性,學生自評時難以做到公平公正,教師評價過程比較耗費時間等。因此評價量表的設計與使用還需要與其他評價策略相結合,進一步完善改進。