生物學教學中幾類“貌合神離”的圖像辨析及應用

摘要：本文分析了生物學教學中幾類“貌合神離”的圖像，并提出相應的辨析策略和應用技巧，旨在引導學生在教學評價中規避誤區，減少非智力因素失分，促進學生多種科學思維素養的發展。

關鍵詞：貌合神離；圖像；科學思維

文章編號：1003-7586（2024）02-0028-04 中國分類號：G633.91 文獻標識碼：B

高中生物的教學中有很多形式相似但本質不同甚至相反的圖像，很容易引起混淆，阻礙學生科學思維的發展。在教學中引導學生對這一類“貌合神離”的圖像進行對比分析，理解“貌合”背后“神離”的原因和機理，不僅能夠有效規避誤區，提高解題的準確率和速率，還能夠發展學生分析歸納、演繹推理、模型建模以及批判性思維等多種科學思維。以下是對幾類常見的“貌合神離”圖像的舉例辨析，拋磚引玉。

1變量差異的圖像辨析

坐標圖中通常包含橫坐標和縱坐標，前者一般是坐標圖因果關系中的自變量，而后者是因變量，二者之間的因果關系決定了坐標中圖像含義。當其中任何一個變量的考量角度發生變化時，即便圖像看似相同，其測量含義也會有很大差異。

1.1圖像示例及分析

示例1 將放置過不同數量燕麥幼苗尖端或含有不同濃度IAA的瓊脂小塊放置在燕麥去尖胚芽鞘一側（見圖1），然后測量胚芽鞘彎曲角度的變化，坐標曲線分別如圖2和3所示。

示例1中的兩個坐標曲線十分相似：縱坐標相同，曲線前面的變化趨勢相似，圖2中橫坐標隨著放置的尖端數目增加，同樣會引起瓊脂塊中IAA濃度增大，看似也與圖3的橫坐標相同，所以這兩個圖像極容易被認為完全相同。

其實，兩個圖像的自變量存在很大差異。圖2中將不同數量的燕麥尖端放置在瓊脂塊上，尖端合成的IAA會以擴散的方式進入下面的瓊脂塊中，也就是說IAA從高濃度的一側向低濃度一側運動直至平衡，但無論放置的胚芽鞘尖端的數量如何增加，瓊脂塊中IAA濃度都不會超過尖端本身IAA的濃度，因此彎曲的角度在放置的尖端達到一定數量后便不再增大，也不會減小}圖3的橫坐標是瓊脂塊內的IAA濃度，并未限定IAA來自尖端滲透，因此瓊脂塊中的IAA濃度存在濃度過高促進減弱的情況，所以達到某一最適濃度后，若IAA濃度繼續增大，胚芽鞘彎曲的角度會減小。

示倒2洋蔥根尖分生區細胞有絲分裂過程中各時期的核DNA數量變化和每條染色體上DNA數量變化曲線如圖4和5所示。

示例2中兩個坐標圖像的橫坐標相同，但是縱坐標略有差異，盡管曲線的變化趨勢相同，但是其中一些線段所代表的含義卻有很大差異。圖4的因果關系為核DNA數量隨時期的變化，所以CD發生的原因是在分裂末期，伴隨新的核膜形成，完成了核分裂，故CE對應時期為末期；而圖5的因果關系是每條染色體上DNA數量隨時期的變化，所以CD發生的原因是進入后期著絲粒分裂，所以CE對應時期既包含后期又包含末期。

除了縱坐標的含義不同之外，縱坐標的數值、單位等的差異也容易使曲線“貌合神離”。

示例3 圖6和7均為A、B兩個種群的個體數量隨時間的變化曲線，兩圖中曲線交點的含義卻不盡相同。

圖6中，兩個種群共用同一個縱坐標，所以用來衡量A、B兩個種群數量的數值和單位相同，所以兩曲線交點對應的時間就是兩種群數量相等的時刻；但在圖7中，兩個種群數量分別使用了兩個縱坐標，而且A種群縱坐標中數量的單位與B種群不同，因此在該圖中，曲線的交點處兩種群數量并不相等。

1.2辨析策略反應用

從以上三個示例可以看出，分析坐標圖像不能依據日常學習中建立的模型經驗以“貌”取“義”，而是要在具體分析曲線細節之前，橫看“因”縱看“果”地梳理因果。具體來說，要關注橫坐標的含義、數值和單位，然后查看縱坐標的含義；若為雙縱坐標，則找好各曲線與坐標的對應關系，同時注意兩個坐標的數值、數量級以及單位等信息，之后根據橫、縱坐標理清試題的因果關系。

這類由于變量差異造成的混淆圖像在評價試題中尤為常見，有益學生思維的鍛煉。教學中，可以引導學生對比這些變量不同的圖像，培養批判性思維；同時，也可以引導學生一圖多變，在一個圖像基礎上，通過改變橫坐標變量或者縱坐標因果，構建新的圖像，發展模型構建、演繹與推理的科學思維。

2概念偷換的圖像辨析

與變量差異相比，偷換概念引起的“貌合神離”更為隱蔽，對學生概念體系和科學思維素養的要求也更高。

2.1圖像示例及分析

示例4 將與靈敏電流計相連的兩個電極分別置于神經纖雛膜外側相距較遠的兩點，然后在一側電極附近施加適宜的電刺激，測得一個雙相電位，變化曲線如圖8所示。

將與靈敏電流計相連的兩個電極分別置于坐骨神經膜上相距較遠的兩點，然后在一側電極附近施加適宜的電刺激，測得的電位變化曲線如圖9所示。

示例4中的兩個圖像，橫、縱坐標變量相同，曲線線段的變化趨勢也非常相似，但是t3～t4時間段的電位相形成原因卻大不相同。這種差異是由神經纖維和神經這兩個概念的區別引起的。圖8的研究對象是神經纖維，由于動作電位在每根神經纖維上的傳導不會衰減，所以電流先后流經兩個電極時，電極記錄到的兩個峰電位值相等；而圖9的研究對象是神經，神經由多條神經纖維組成，且電流在不同的神經纖維上傳導速度會有差異。當電流流經第一個電極時，記錄到的峰電位是神經內所有興奮的神經纖維電位的疊加值，而由于各條神經纖維上電流傳導速度的差異，第二個電極記錄到的同時興奮的纖維數量會少于第一個電極，所以第二個電位的峰值小于第一個。由于研究對象之間概念的區別，即使圖像外觀相似，但其形成原因和表達的含義也會存在很大差異。

2.2辨析策略及應用

分析相似或相同的圖像，在確定變量一致、曲線變化趨勢相似之后，不要急于分析圖像的含義或是產生的原因，先要找出圖像的研究對象，關注試題研究的生物種類、具體部位、特定結構等，提煉出試題考查的概念及概念體系，再有針對性地進行分析。

這一類由概念偷換引起的圖像差異在評價試題中是最容易被忽略的。教學中可以引導學生先對某一特定的研究對象建立模型，詮釋概念，然后再通過變換對象，對已有模型進行修正，詮釋新的概念。通過對象的變換和新概念的建立，發展學生模型與建模、演繹與推理、批判與創新的科學思維。

3情境限制的圖像辨析

還有一類容易由于“貌合”而混淆的圖像，是由情境或條件限定引起的。同一對象、同一圖像，在不同的情境或條件的限定下會被賦予不同的含義。

3.1圖像示例及分析

示例5 研究人員在圖示神經元的某部位施加適宜的電刺激，兼時刻神經纖維上局部的電位分布如圖10所示，請分析此時圖中①②處之間興奮的傳導方向。

分析圖像的情境可知，離體的神經纖維受到了適宜刺激，此時圖像上電位處于外負內正的反極化狀態的區域是興奮區域，由于在神經纖維上動作電位可以雙向傳導，所以會從興奮區域向兩側未興奮區域傳導。由于刺激的部位可能在圖中興奮區域的左側，可能就是圖中興奮區域，也可能在該區域右側，因此此時①②之間興奮的傳導方向可能是①傳向②，可能是②傳向①，也可能是圖中興奮區域向①②兩個方向傳導。

如果將同樣的圖像置于另外一個情境下分析，結論則完全不同。

聽到上課鈴聲，同學們立刻走進教室，這一行為與神經調節有關。該過程中，其中一個神經元的結構度其在某時刻的電位如圖所示，請分析此時①②之間興奮的傳導方向。

與前面的情境不同，在這一情境中，圖示運動神經元被置于“昕到上課鈴聲，立刻走進教室”的條件反射的大背景之下進行分析，會受到反射這一情境的限制。該神經元在反射中只能由其樹突、胞體一側接受突觸前膜傳來的興奮，再經由軸突傳送出去。因此動作電位只能單向傳導，從圖中①向②的方向傳導。

除了整體情境的限制，一些細節性的條件也會限定圖像的含義。

示例6 將離體的蛙坐骨神經置于某溶液中，給予一定強度刺激后，記錄到膜土相距較遠的甲、乙兩點間的電流表指針出現如圖11所示的偏轉，若刺激住點在甲的左側，而指針此時偏轉已達最大。請分析此時甲、乙兩個電極處膜的電位分布情況。

情境中有兩個關鍵信息：其一，刺激位點在甲的左側，說明甲處先產生動作電位，乙處后產生，此時指針右偏，說明甲電極處已經恢復為外正內負的極化狀態，而乙此時正處于興奮狀態；其二，指針此時偏轉已達最大，說明乙正處于動作電位最大狀態，所以乙應為外負內正的反極化狀態。若將上述情境中的“指針此時偏轉已達最大”這一條件信息去除，便解除了乙此時處于動作電位最大的限定，所以乙可能剛發生去極化或已經快完成了復極化，仍為外正內負，也可能是處于外負內正的反極化狀態。

3.2辨析策略及應用

從示例5和6可以看出情境或條件對于分析圖像的重要性。因此在教學中，要引導學生在學習中圖文結合，梳理題目中文字表述的情境信息以及條件細節，看看對圖像是否存在提示、支架或是限定作用，然后再基于這些情境或條件分析圖像本身的特點。

基于核心素養的教學評價中十分重視試題情境的支架作用，因此在教學中可以采取同題異境的策略，通過不斷地變換情境，增加一些附加的條件信息為學生圖像的分析搭建支架或是制造障礙，以情境或條件限定來發展分析與歸納、批判與創新的科學思維。