“血管示意图”模型构建的概念表征研究

王 威 吴 霞 成欣耘

(四川师范大学生命科学学院 成都 610101)

1 研究的问题

模型是概念表征的一种载体，是对所描述事物的简化模拟，通过解释事物如何或可能如何运转而加深人们对事物的理解。模型分为10类，包括尺度模型、教学的类比模型、数学模型和示意图等，其中示意图使人产生视觉化的效果，是表征模式或反应路径的模型[1]。本文以人教版《生物学》七年级下册教材中关于“血管”的科学概念为例，根据血管在人体的分布路径构建“血管示意图”模型来表征血管的科学概念。

2 血管科学概念

2.1 编制血管的子概念描述表 首先梳理关于血管的科学概念，再提取动脉、毛细血管、静脉和静脉瓣膜4个子概念，分别编号为A、B、C、D。每个子概念的描述如表1所示。

表1 血管科学概念的子概念描述

“子概念描述”描述了每一个子概念的多个特征，如动脉这个子概念的概述涉及其分布、结构和内部血液流速等。通过该表将血管科学概念的所有子概念进行描述，架构了完整、系统的血管科学概念。

2.2 梳理血管科学概念的科学概念片段 血管科学概念的描述，不便于学生把握概念所描述的多个特征。因此，可将每个子概念根据要素进一步划分为科学概念片段，在概念教学5要素的基础上划分出7个要素，分别为“语词”、“结构”、“功能”、“分布”、“实例”、“外部联系”“内部联系”，依次编码为a、b、c、d、e、f和g。沿用概念教学要素中的“语词”和“实例”，编码为a与e。将“内涵”进一步划分为“结构”“功能”“分布”3个要素，进而描述血管科学概念所具的3种特有属性，分别对应b、c和d。根据血管知识特点与学习者的需要删除“外延”与“前科学概念”两项要素。为更好地帮助学生建构科学概念，促进各个子概念间的联系，形成系统化的概念体系，确定子概念要素“内部联系”，对应g，表示3类血管及静脉瓣膜之间存在的联系。血管、心脏和血液是学生理解整个血液循环系统的基础，为有效帮助学生理解整个血液循环系统，确定要素“外部联系”，对应f，表示血管与血流速度间的联系。

所构建的4个子概念与7个要素形成的矩阵构成血管科学概念细化表如表2所示，其中将细化的内容称为科学概念片段。

表2 “血管”科学概念细化

表中每个子概念对应的一个要素即一个科学概念片段，其中子概念D的要素e、f、g缺失的原因为静脉瓣膜不存在实例，无要素e；静脉瓣膜与动脉和毛细血管之间没有联系，与静脉的联系已经在要素d“分布”中体现，不存在要素g“内部联系”；静脉瓣膜的外部联系，即与静脉的关系已经在要素c“功能”中体现，因此不存在要素f“外部联系”。因为与心脏的联系已在 “实例”以及 “功能”中体现。因此，不再单独作为一个要素。经整理细化表共划分出25个科学概念片段。

2.3 血管概念模型表征 结合血管科学概念细化表，采用图文结合的方式构建模型——血管示意图，使重点呈现的血管科学概念形象化、简洁化(图1)。

图1 血管科学概念示意图模型

示意图中横行对应概念细化表中的4个子概念，纵列对应表中的7个要素，所形成的二维网状结构涵盖划分出的25个科学概念片段。

插图的细节过多，虽然能更好地反映真实情况，却不易被理解，容易分散学生的注意力[4]。因此根据科学概念的7个要素，用图形、文字等重点呈现每个要素所对应的科学概念，而对其他要素的科学概念进行弱化。例如，在要素“分布d”中仅仅展示3类血管以及静脉瓣膜分布的特点，而不呈现要素“外部联系f”中血液流速的特点。因部分概念片段不便于用图形的方式呈现，在示意图中加入适当的文字进行补充解释，如概念片段Bf，即毛细血管的血流速度最慢。

由于动脉、静脉和毛细血管的功能有所不同。因此，将“表1”中的要素c“功能”分解为“功能c1”(对应动脉和静脉功能)与“功能c2”(对应毛细血管功能)。同理，将“表1”中要素e“实例”分解为“实例e1”(对应上下腔静脉和肺动脉)和“实例e2”(对应肺静脉和主动脉)。

考虑到插图比例不恰当会影响插图的有效性，容易使学生形成错误概念。因此，在构建“血管示意图”模型时，须注意线条之间粗细和距离长短的比例，以及箭头长短的比例。例如，在“结构b”中用粗线条表示较粗的动脉壁；细线条表示较细的静脉壁，动脉的管径小。 “外部联系f”中用较长的箭头表示动脉中血液流速快，用短箭头表示静脉中血液流速慢。此外，“功能c1”“功能c2”中用箭头方向表示血液流动和物质运输的方向。

3 小结及建议

本文将血管的科学概念按照4个子概念与7个要素划分成25个科学概念片段，通过构建“血管示意图”模型对25个科学概念片段从特征、形象和语义3个方面进行表征，将原本抽象、复杂的知识用更加形象简单的图示呈现，将不可见的血管可视化，帮助学习者构建血管科学概念。

基于理论与实践得到的“血管科学概念示意图模型”不仅为教学插图的“血液循环途径示意图”的进一步丰富与完善提供了教学资源，同时也为表征科学概念提供可借鉴的依据。教师可利用“血管示意图”模型完善学生的科学概念，也可用作教学评价工具评估学生对科学概念错误的理解。

该科学概念示意图模型的编制方法可类比迁移至其他内容章节或其他学科，实现更大范围的科学概念的表征。