基于模型建构的初中生物概念教学研究

许明

《义务教育生物学课程标准（2011年版）》突出50个重要概念。生物学概念的形成并不是一个被动的接受过程，而是一个主动的建构过程，是学生在自己的头脑中建构与发展生物学认知的过程。对一些无法通过实验直接建构的概念，模型不失为一种“四两拨千斤“的方法。笔者带领名师工作室成员进行了相关的课题研究，现结合实践谈谈对模型建构概念教学的一些思考。

一、模型建构的概念类型——哪些概念需要运用模型来建构

（一）第一类：微观的概念

这类概念的原型是微观的、肉眼看不到的、学生难以想象的。由科技馆中的生物模型得到启示，用橡皮泥、废电线、毛线等制作“放大版”模型，舍弃其中非本质的细节，以简化、直观、放大的形式建构模型，呈现各种复杂结构、功能和本质，可以使微观的概念清晰呈现。如细胞、神经元、小肠绒毛等。

（二）第二类：宏观的概念

这类概念的原型比较宏观，学生难以整体把握，制作“缩小版”的模型，让概念的各部分结构得以整体呈现，便于学生发现、归纳、总结出实质。如在“生态系统”的学习中让学生制作“生态瓶”，通过“缩小版池塘生态系统”分析出生态系统的内涵和外延。

（三）第三类：抽象、动态的规律

此类概念教师常用的方法是图解法，由于缺乏体验，理解起来有些费劲。采用“理想模型法”，让学生移一移、动一动、拼一拼、摆一摆，化静为动，化抽象为具体，在体验中构建概念。如在“人类性别决定”中，可利用卡纸制作X、Y染色体图像模型，通过“模拟生宝宝”活动体验性别遗传的过程。

（四）第四类：周期长的生命现象、自然现象

“自然选择”“生物适应环境”等过程是周期长、复杂的生命现象，这些概念中不变中有变，利用多媒体技术制作课件，学生真正动手的机会还是不多，对概念的理解大多处于一知半解状态，利用模型法让学生模拟其过程，可让其在玩中发现。

二、模型建构概念的方法—— 如何运用模型建构概念

（一） 类比联想法——揭示本质，把握内涵

类比是一种逻辑推理，它通过联想，把异常的、未知的事物对比寻常的、熟悉的事物，然后依据两个对象之间存在着的某种类似或相似的关系，从已知对象具有的某种性质推出未知对象具有相应的一种性质。在教学中，我们可巧妙地创设属性相同的模型制作活动，让学生体验，然后通过类比联想的方法，将所得的体验与将学习的新概念联系起来，构建新的概念体系，使难点不攻而破。

案例1 制作五珠蛇（蛋白质种类）教学片段

“红红蓝黄绿、蓝蓝黄绿红…… ”教室里学生交流着自己做好的一条条“蛇”。

在学习“蛋白质种类”时，老师神秘地拿出了许多红、绿、蓝、黄四种颜色能拼装的珠子，让学生用任意五颗珠子拼装“蛇”。

两分钟后，学生惊奇地发现：拼装出来的“五珠蛇”各不相同。

“假如给你足够的时间，你能制造出多少种五珠蛇？”老师不失时机追问道。

“45=1024种。”学生很快计算出。

“有20种氨基酸能合成蛋白质，假如每种蛋白质是由200个氨基酸组成的，可能有多少种蛋白质？”

“20200≈1.607×10260”

“实际上，蛋白质不止由200个氨基酸组成，蛋白质的种类是无止境的。”

……

在这个案例中，教师让学生在拼装“五珠蛇”的过程中去体验、观察、计算、分析、类比、联想、发现。将抽象的概念具体化、形象化。在生物教学中，借“模型”来构建“概念体系”，采用类比联想的方法，可起到化难为易、化抽象为具体、化腐朽为神奇的效果。

（二） 等效代替法—— 以熟代生，以简代繁

当生活中模型与概念原型的作用效果相同时，可以相互之间进行等效替代，使概念理解变得简单易懂。

案例2 模拟骨骼的作用

【活动内容】模拟骨骼的作用。

【活动目的】通过伞的结构和收放研究，体验人体骨骼的作用。

【材料用具】伞（如图1）。

【活动步骤】

①打开一把伞，伞面朝下放置，仔细观察伞的内部结构。

②收起伞，体验在收伞过程中伞柄和伞架是如何折叠的。

③预测暴风雨时，若使用一把没有伞架的伞，会发生什么情况？

④推理：伞架的作用是什么？伞架和人体骨骼有哪些相似之处？又有哪些区别？

案例2中用学生熟悉的“伞”的结构与人体骨骼进行等效替换，这种等效替换“以熟代生”“以简代繁”，让学生更清晰地认识和把握概念的内涵，找到学习的途径和方法。

（三）理想模型法—— 宏观、微观、概念的统一

理想模型法是以研究模型的方法来揭示概念的本质，是一种以简化直观的方式来显示复杂、微观、抽象的生物过程的手段。让学生在操作、观察、想象、类比等过程中理解生物现象的本质。其具体流程是：

初制模型 → 交流展示归纳总结 → 精制理想模型 → 使用理想模型

案例3 人类的性别决定

【活动内容】模拟人类性别遗传的过程。

【方法步骤】

1.初制模型

课前布置实践课题，自己选择材料制作男女体细胞性染色体模型。

2.交流展示归纳总结

课堂伊始，由各组交流自己的制作成果：有乒乓球的、有橡皮泥的……并说明制作的理由，从中发现男女体细胞性染色体的不同。

3.精制理想模型

组织学生用剪刀在卡纸中剪出多个X、Y染色体备用，并摆弄、拼装出男女体细胞性染色体的“理想模型”（如图2）。

4.使用理想模型

（1）“理想模型”使用一——模拟生宝宝

①准备2个纸盒，标上标签父亲、母亲，“父亲”纸盒中放入剪下的X、Y染色体各一个，“母亲”纸盒中放入剪下的两个X染色体。

②两人一小组，各代表父亲、母亲，在相应的纸盒中各随机抽取一染色体，判断“宝宝”的性别，重复10次，从中发现生男生女是由父亲提供的染色体决定的。

③统计全班的“宝宝”性别，发现生男生女比例相等。

（2）“理想模型”使用二——构建遗传图解

利用剪下的多个X、Y染色体构建遗传图解，实现由现象到本质、感性到理性的升华。

在案例3中，从学生对微观生物世界的好奇入手，与学生一起制作男女体细胞性染色体模型，再以这些“理想模型”为媒介，在一次次“观察”“想象”“摆弄”“拆分”“组合”等活动中将研究深入，帮助学生轻松揭示概念本质。

（四）具象分析法—— 原型的 “再现”

具象分析法是指把概念的原型按比例放大或缩小制成模型，通过模型的研究来发现概念本质的方法。

案例4 瓶子里的世界

【活动内容】模拟生态系统。

【活动目的】通过“陆地生态系统”模型研究，认识生态系统的组成和成分。

【材料用具】剪好洗净的透明废弃大号饮料瓶、碎石、木炭、 泥土、苔藓、植物、塑料匙、透明保鲜膜、大橡皮筋。

【活动步骤】

1. 建立模型

课前1周制作“陆地生态系统”，方案如下（如图3）：

（1）将碎石铺在剪好洗净的透明废弃大号饮料瓶底部，撒上一两勺木炭，在碎石和木炭上铺上厚厚的泥土，压实。

（2）种上两株植物，将植物茎周围松散的泥土拍实，用水浇直到碎石层被水分浸湿。

（3）将苔藓覆盖在泥土上，包括植物茎的周围，浇少量的水，放入两条虫子。

（4）用保鲜膜和橡皮筋把生态瓶裹起来，放在明亮的地方，避免阳光直射。

2. 观察分析

将制作的生态系统模型中所有生物因素和非生物因素列举出来。

3. 对照预测

制作多个相似的生态瓶，变化其中的动植物数量，观察现象的不同，预测各成分在生态系统中的作用。

用具象分析法建构概念，将概念的原型通过放大或缩小的形式“重现”在学生面前，便于学生进行细致的观察研究；同时变“静” 为“动”，在模型的制作过程中更好地认识原型。

（五） 抽象分析法 —— 拨开云雾见青天

生物学中有些概念很“迷糊”，学生学起来会感到比较迷茫，思维受阻，这时，变具体的概念原型为抽象的数学模型或概念模型，会让学生茅塞顿开。

案例5 摆弄出的精彩（生态系统具有一定调节能力）教学片段

“原来生态系统还能进行自动调节……”教室里学生顿悟道。

在“生态系统具有一定的自我调节能力”这一概念的教学中，笔者呈现了最简单的“草原生态系统”，引出话题：今年风调雨顺，草地长得特别好，老鼠会无节制增加吗？老鹰数量又会怎样变化？

活动1：组织学生构建草、鼠、鹰数量变化的概念模型（如表1）。

活动2：根据概念模型，组织学生利用白磁板、彩色磁铁进一步构建草、鼠、鹰数量变化的数学模型，经过摆弄、交流、纠正、重摆后一下子变得简单了，学生很快发现了规律（如图4）。

案例5中，用抽象的数学模型建构具体的生物概念，使三种生物数量的发展趋势得以清晰呈现。运用抽象分析法，将概念抽象成概念模型或数学模型，有助于更清晰地把握生物现象的状态变化，预测发展的趋势，有助于打破常规，进入新的创造性学习的境地。

三、模型建构概念的原则——模型建构概念要注意什么

（一）主动建构原则

“我听见了，就忘记了；我看见了，就领会了；我做过了，就理解了。”这是美国华盛顿大学的一个条幅，它表明亲身实践的重要性。在模型建构概念中，要引导学生主动建构模型，让建构实践与概念探究相结合。而那些为了节省时间，将模型直接呈现在学生面前，这种“记模型”的教学行为不仅不利于概念的形成，而且还加重了学生的负担。

（二）有利于理解原则

模型方法的使用要有利于学生理解概念。要根据概念类型合理地利用不同的方法最有效地建构概念，让学生通过观察、制作、分析、归纳、抽象、概括、类比、联想等获取信息，达到对概念最高效的理解与构建。

（三）简易、简化原则

模型的制作要遵循简易性原则，要考虑到可操作性，尽量选用易获取的材料，如价格便宜的材料、生活中常用的材料、废弃的材料等。

模型的设计还应遵循简化性原则，简单又有针对性，保证课堂教学时间和教学准备的支出最经济、最有效。过于繁杂的模型课堂达成度会大大下降，学生的兴趣会降低。

在模型建构概念的过程中，在形式上是学生积极参与，实质上是思维的积极参与。在师生共同建构的过程中，为成功搭建了阶梯，通过分析、比较、归纳、判断和推理等思维活动，促进了概念的正确建构与思维能力的培养。