基于模型建構(gòu)的初中生物學(xué)科學(xué)思維的培養(yǎng)
——以“生物的分類”為例

徐美洲

(蘇州市新草橋中學(xué) 江蘇蘇州 215000)

《義務(wù)教育生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2022年版)》(以下簡(jiǎn)稱《課程標(biāo)準(zhǔn)》)將發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)作為課程的宗旨和課程的總目標(biāo)。在“科學(xué)思維”的維度上,《課程標(biāo)準(zhǔn)》要求學(xué)會(huì)“運(yùn)用比較、分類、歸納、演繹、分析、綜合、建模等方法,進(jìn)行獨(dú)立的思考和判斷”。教師在教學(xué)過程中,需要加強(qiáng)科學(xué)思維訓(xùn)練和概念教學(xué)的結(jié)合,注意引導(dǎo)學(xué)生在事實(shí)的基礎(chǔ)上通過抽象和概括等建構(gòu)概念。同時(shí),在課堂上,教師要通過一定的思維訓(xùn)練,調(diào)動(dòng)學(xué)生積極討論交流,并針對(duì)學(xué)生在交流過程中暴露的思維缺陷進(jìn)行有效指導(dǎo),從而培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維。模型建構(gòu)作為一種應(yīng)用在生物學(xué)課堂教學(xué)的方法,作用顯得越來越重要。

模型是人們?yōu)榱四撤N特定的目的而對(duì)認(rèn)識(shí)對(duì)象所做的一種簡(jiǎn)化的概括性的描述,有的通過實(shí)物或其他形象化的手段,有的則通過抽象的形式來表達(dá)。模型的形式有很多,主要包括物理模型、概念模型和數(shù)學(xué)模型。概念模型是指以文字表達(dá)來抽象概括出事物本身特征的模型。下文以蘇科版初中《生物學(xué)·七年級(jí)·下冊(cè)》第五單元“環(huán)境中生物的多樣性”第十四章第一節(jié)“生物的命名和分類”為例,探討通過概念模型建構(gòu)促進(jìn)學(xué)生科學(xué)思維素養(yǎng)發(fā)展的教學(xué)實(shí)踐。

本單元為“環(huán)境中生物的多樣性”,在前幾章的學(xué)習(xí)中,學(xué)生分別學(xué)習(xí)了水中的生物、地面中的生物、空中的生物和土壤中的生物,探究了各類生物的主要特征,了解了各種生物適應(yīng)環(huán)境的一些特征及其與人類之間的關(guān)系。

1 設(shè)置情境,引出課題

為了讓學(xué)生了解分類的作用和進(jìn)行生物分類的必要性,教師需要?jiǎng)?chuàng)設(shè)一個(gè)貼近學(xué)生生活的情境。教師用PPT 展示超市、農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)和藥店三個(gè)常見的生活場(chǎng)景,提出問題:為什么這些地方要把商品和藥品進(jìn)行分類? 教師引導(dǎo)學(xué)生真實(shí)感受到商品分類后可以更方便、快捷地找到所需商品。此時(shí),教師引導(dǎo):地球上有200 多萬種生物,很多生物具有共同的特征,如果不對(duì)生物進(jìn)行分類,對(duì)其進(jìn)行學(xué)習(xí)、交流和研究起來就會(huì)遇到很多障礙,因此,對(duì)生物進(jìn)行分類是生物學(xué)研究的基礎(chǔ)和重要工作。教師順勢(shì)引出本節(jié)課的主題“生物的分類”。

2 學(xué)生小組活動(dòng),建立和理解概念

2.1 小組活動(dòng),培養(yǎng)思維

在引入課題后,教師提出問題:如何進(jìn)行生物分類呢? 教師出示課本上的圖片,全班學(xué)生分為小組,嘗試進(jìn)行分類活動(dòng)。學(xué)生之前學(xué)習(xí)過的課本知識(shí)中按照生物的環(huán)境對(duì)生物進(jìn)行分類,為了培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散思維,教師在指導(dǎo)的時(shí)候應(yīng)協(xié)調(diào)好小組分類角度的選擇,使小組的分類角度多樣化,分類角度不進(jìn)行限制,教師讓學(xué)生自主思考,可以從生物的形態(tài)特征、生存環(huán)境、與人類的關(guān)系或者其他分類角度任選一個(gè)角度進(jìn)行分類,并要求學(xué)生記錄分類結(jié)果。全班各小組派代表分別交流分類角度、依據(jù)和結(jié)果。在此過程中,教師引導(dǎo)學(xué)生組間相互探討和評(píng)價(jià),讓學(xué)生在相互評(píng)價(jià)中學(xué)會(huì)獨(dú)立思考,使學(xué)生善于提出不同的觀念和見解。對(duì)表達(dá)交流時(shí)出現(xiàn)的錯(cuò)誤分類或觀點(diǎn),教師可以在學(xué)生組內(nèi)或組間討論糾正或教師點(diǎn)撥后讓學(xué)生再思考。各小組在分類活動(dòng)中相互合作討論,在小組間的交流過程中逐漸獲得一種認(rèn)識(shí):選擇的分類角度不同,所以分類結(jié)果也不同。

在小組交流后,教師提問:通過不同的角度,得到不同分類結(jié)果,幾種分類方法各有哪些優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)?哪一種分類方法更加科學(xué)? 學(xué)生思考分析后,并進(jìn)行交流。例如,按照環(huán)境的角度,有部分生物在不同的環(huán)境中生存;從與人類的關(guān)系的角度,有些生物對(duì)人類既有益處,又有害處。學(xué)生通過比較得出:根據(jù)生物形態(tài)特征作為依據(jù)來分類,比其他的分類依據(jù)更加科學(xué)。在嘗試分類的活動(dòng)中,教師讓學(xué)生意識(shí)到日常分類的不完善和不科學(xué)之處,以及科學(xué)分類的必要性。通過引導(dǎo)學(xué)生分析和交流幾種分類依據(jù),教師培養(yǎng)了學(xué)生的科學(xué)思維習(xí)慣和能力。

2.2 思維訓(xùn)練,建立概念

引入科學(xué)分類后,教師先讓學(xué)生通過自主學(xué)習(xí)快速閱讀課本內(nèi)容,并要求學(xué)生思考三個(gè)問題:①科學(xué)分類的依據(jù)是什么? ②科學(xué)分類的7 個(gè)等級(jí)分別是什么? ③最大的分類單位和最基本的分類單位分別是什么? 學(xué)生能自學(xué)回答問題并初步認(rèn)識(shí)到:分類的標(biāo)準(zhǔn)是生物的相似程度,生物可以按界、門、綱、目、科、屬、種7 個(gè)分類等級(jí)進(jìn)行分類;最大的分類單位是“界”,最基本的分類單位是“種”。

教師簡(jiǎn)單介紹目前生物的分界“五界學(xué)說”的分類標(biāo)準(zhǔn)和五界,并讓學(xué)生快速閱讀課本“生物分界的歷程”,指出科學(xué)發(fā)展是不斷質(zhì)疑和修正的過程。通過把思維培養(yǎng)和科學(xué)史結(jié)合起來,展示科學(xué)家不迷信權(quán)威和敢于懷疑的事例,教師讓學(xué)生感受到批判質(zhì)疑精神的啟迪,培養(yǎng)學(xué)生敢于質(zhì)疑和提出假設(shè)的科學(xué)思維。

接著,教師用PPT 展示跨國(guó)明星夫婦及子女的照片,提出問題:白種人和黑種人是一個(gè)物種還是兩個(gè)物種? 同時(shí),教師展示老虎和獅子,以及在人工環(huán)境下繁殖的獅虎獸圖片,提出問題:老虎和獅子是一個(gè)物種還是兩個(gè)物種? 學(xué)生通過比較分析,回答問題,由于學(xué)生對(duì)獅虎獸了解不多,因此具有較高的探究興趣。教師再次展示圖片,介紹獅虎獸是不可以再繁殖的。學(xué)生在比較和分析的基礎(chǔ)上發(fā)現(xiàn)上述兩種生殖的不同之處是一種產(chǎn)生的后代是可育的,一種產(chǎn)生的后代是不可育的,從而得出“種”的分類學(xué)意義是一群能產(chǎn)生可育后代的群體。教師通過提出一定難度的問題,調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極思維,引導(dǎo)學(xué)生在事實(shí)的基礎(chǔ)上獲取證據(jù)、分析和歸納,教師將思維教學(xué)和概念教學(xué)結(jié)合起來,鍛煉了學(xué)生的邏輯思維。

2.3 抽象具化,理解概念

教師用PPT 展示人、貓、桃和小麥的分類等級(jí)表,要求學(xué)生觀察表格思考和討論兩個(gè)問題:① 人和貓、桃和小麥在分類等級(jí)上有哪些相同? 又有哪些不同? ②生物分類等級(jí)從大到小,所包含的生物種類的數(shù)量有什么變化? 所包含的共同特征是增多還是減少? 第一個(gè)問題較為簡(jiǎn)單,學(xué)生基本通過觀察就能回答,而第二個(gè)問題比較抽象,為了幫助學(xué)生解決問題,教師逐步展示貓屬于的7 個(gè)等級(jí)上的范圍的大小(圖1),學(xué)生通過形象的圖片范圍感受到隨著分類等級(jí)從大到小生物種類的變化情況。教師進(jìn)一步展示同一綱和同一目的生物共同特征的變化(圖2),學(xué)生能夠比較容易地說出不同等級(jí)的相互關(guān)系,進(jìn)而能夠結(jié)合實(shí)例分析并理解等級(jí)越低生物種類越少、相似特征越多的概念和科學(xué)分類的意義,既可以說明生物之間的親緣關(guān)系也能反映生物界的進(jìn)化情況。

圖1 貓所在的分類等級(jí)的大小

圖2 同一綱和同一目的生物的共同特征

教師通過問題引領(lǐng),引導(dǎo)學(xué)生深入發(fā)現(xiàn)知識(shí),提升學(xué)生科學(xué)思維的深度和廣度,讓學(xué)生的思維從低階走向高階,使學(xué)生能像科學(xué)家一樣去理解和思考問題。

3 模型建構(gòu),實(shí)現(xiàn)概念形成的螺旋式發(fā)展

教師組織學(xué)生進(jìn)行給動(dòng)物依據(jù)特征進(jìn)行分類的活動(dòng),檢驗(yàn)學(xué)生對(duì)已經(jīng)學(xué)習(xí)過的一些生物類群的主要特征的學(xué)習(xí)情況,使學(xué)生體驗(yàn)科學(xué)分類方法的優(yōu)越性,進(jìn)而促進(jìn)學(xué)生對(duì)科學(xué)分類等級(jí)的理解和依據(jù)特征進(jìn)行鞏固與應(yīng)用的能力。

為了保證概念建模活動(dòng)的順利進(jìn)行,教師課前要求學(xué)生復(fù)習(xí)和回顧前面章節(jié)中的相關(guān)知識(shí)。在課堂上,教師首先要求學(xué)生閱讀課本,自主學(xué)習(xí)動(dòng)物分類知識(shí),了解科學(xué)家對(duì)動(dòng)物分類的依據(jù):根據(jù)有無脊椎骨可將動(dòng)物分為兩類,一類為脊椎動(dòng)物、一類為無脊椎動(dòng)物。學(xué)生對(duì)脊椎概念不熟悉,教師通過PPT 展示青蛙和蛇的脊椎骨圖片,讓學(xué)生形成對(duì)脊椎概念的感性認(rèn)識(shí)。教師進(jìn)而補(bǔ)充:根據(jù)脊椎動(dòng)物和無脊椎動(dòng)物的結(jié)構(gòu)與生理等特征,又將它們分成許多不同類群,脊椎動(dòng)物包括魚綱、兩棲綱、爬行綱、鳥綱和哺乳綱等類群;無脊椎動(dòng)物包括原生動(dòng)物門、腔腸動(dòng)物門、扁形動(dòng)物門、線蟲動(dòng)物門、環(huán)節(jié)動(dòng)物門、軟體動(dòng)物門和節(jié)肢動(dòng)物門等類群。

教師給學(xué)生提供課前準(zhǔn)備好的材料:①各種生物的特征的描述,②課本圖14—5 的各種動(dòng)物貼紙。③白板和筆。教師讓學(xué)生以小組為單位,交流討論,對(duì)照各個(gè)類群生物的特點(diǎn),分別將各種動(dòng)物貼在對(duì)應(yīng)的生物種類名稱的位置。學(xué)生對(duì)生物分類的依據(jù)還存在認(rèn)知上的難點(diǎn),對(duì)無脊椎動(dòng)物中的原生動(dòng)物、扁形動(dòng)物和腔腸動(dòng)物會(huì)比較陌生,可能存在一定的問題,教師在指導(dǎo)時(shí)提醒學(xué)生再次回顧之前學(xué)習(xí)過的知識(shí),查找課本信息庫(kù)資料。

在活動(dòng)結(jié)束后,教師讓各組組長(zhǎng)帶著分類結(jié)果到講臺(tái)上展示,各組之間進(jìn)行相互評(píng)價(jià),從而促進(jìn)學(xué)生對(duì)該概念(圖3)的再次理解,實(shí)現(xiàn)學(xué)生概念形成的螺旋式發(fā)展。

圖3 動(dòng)物的分類依據(jù)

4 教學(xué)反思

在本節(jié)課“生物的分類”教學(xué)的三個(gè)活動(dòng)中,教師通過“嘗試分類”活動(dòng)的比較和分析,使學(xué)生理解“科學(xué)分類的重要性”;通過科學(xué)分類活動(dòng)讓學(xué)生進(jìn)行歸納和概括,幫助學(xué)生形成“科學(xué)分類需要以生物的特征為依據(jù)”的概念和理解科學(xué)分類的等級(jí)、方法與意義;通過給動(dòng)物分類的模型建構(gòu)活動(dòng)來引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行分類和演繹,有利于學(xué)生實(shí)現(xiàn)“根據(jù)特征,可以將生物分成不同的類群”的重要概念的螺旋式發(fā)展。教師通過在課堂上的交流、討論、展示和評(píng)價(jià)來引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用比較和分類、歸納和演繹、抽象和概括、分析和綜合等科學(xué)思維,促進(jìn)初中生科學(xué)思維的培養(yǎng)。