样例及其在生物学教学中的应用

陶忠华

(浙江省富阳中学 杭州 311400)

样例是一种能够例说或表征抽象概念或原理的相对具体的实体，能展示同一类事物性质或值得模仿的榜样[1]。从生物学科教学的角度，生物学样例是生物学问题解决过程的展示，其中蕴含着问题解决的方法与策略(如“基因的分离定律”)；或是生物学概念、原理的一个具体“实体”对象(如“酶”)。因此，样例可以作为教学载体向学生呈现科学家的问题解决过程或概念的形成过程。学生通过样例学习，主动建构生物学认知图式。本文分析总结了生物学教学中，如何有效利用样例，提高学生对生物学概念的建构、理解与迁移，以发展学生的核心素养。

1 高中生物学教材中的样例资源分析

高中生物教材中的样例可以根据样例结构呈现的完整性、样例设置的目的、样例的表征形式进行分类。

1.1 根据样例结构呈现的完整性 根据样例结构呈现可分为完整型与留白型两类。

1.1.1 完整型样例 样例完整地呈现了问题解决的过程或概念的内涵与外延。例如“基因突变”，教材完整地呈现了基因突变的概念、类型、特点、诱发因素以及基因突变的机理等。

1.1.2 留白型样例 样例设计时，为激发学生的思考，促进对概念的理解，人为地缺少某些要素或步骤。例如“探究环境因素对光合作用的影响”活动的样例，教材只是为学生展现了科学研究的框架，但具体内容多处留白：①仅列出影响光合作用的环境因素；②让学生自主进行假设并设计实验；③设计实验数据记录表；④预测实验结果；⑤根据实验设计方案进行实验。

1.2 根据样例设置的目的 根据样例设置的目的可分为三类。

1.2.1 概念型样例 样例的目的是为了促进学生对概念、原理的理解与建构。例如“细胞全能性”的概念，教材使用了植物细胞的全能性与动物体细胞不表现出全能性的正反样例；说明“蛋白质”的概念时，结合学生的生活经验(头发、指甲)，使抽象概念“实体”化。

1.2.2 问题解决型样例 样例展示了科学家的问题解决思路与过程，使学生能够从样例中获取问题解决的策略与方法。例如“基因的分离定律”，教材详细地呈现了性状是如何遗传的问题以及科学家如何进行问题解决的思路。

1.2.3 实践操作型样例 样例的目的是要求学生能掌握具体的实践技能。样例通常设置问题引发学生的自我解释，使学生知道“怎么做”和“为什么要这样做”。如“制作并观察植物细胞有丝分裂的临时装片”等。

1.3 根据样例的表征形式 根据样例对科学研究结果或过程的表征形式可分为四类。

1.3.1 定义式样例 用高度概括的语句陈述概念(往往以结论性语句的形式出现)，然后辅以实例说明概念的内涵。这种样例因为缺少了概念的形成过程而容易造成学生对概念理解和建构的困难，容易引起错误的迁移，如“基因重组”。

1.3.2 实验型样例 将概念的本质属性或问题解决的思维、方法蕴含于实验过程中，学生通过分析样例而获得概念或解决问题的方法与策略。例如，学生通过观察分析“酶的催化效率”的演示实验而获得酶具有高效性的知识，通过学习“DNA复制过程的同位素示踪实验”而获得DNA复制的特点、结果与研究DNA复制的科学方法。

1.3.3 科学史式样例 将概念的形成与发展和科学家的观念变化、思维方法等蕴含于科学史中，学生通过样例学习而进行概念的建构、观念的形成与思维方法的习得，如“酶的发现” “生长素的发现”等。

1.3.4 模型样例 模型是将研究对象的本质属性高度抽象化的思想客体，因为它的高度简约化、直观化而得以在生物学研究中广泛应用，如细胞结构的模式图、光合作用过程图等直观化的图例，温度、pH对酶作用的影响曲线、光强度对光合速率的影响曲线、种群数量的增长曲线等高度简约化的数学模型。

2 利用样例进行教学的策略

在生物学课堂教学中，教师要根据学生的知识经验与认知特点，对教材样例进行补充或教学方法的逻辑修饰，促进学生认知图式的发展。

2.1 对复杂样例进行有机拆分，并设立子目标 对于复杂样例(如“基因的表达”)，学生学习时会产生较高的认知负荷。教师需要拆分样例，对子样例设立子目标，帮助学生理解样例。具体策略分三个阶段：①总体呈现样例框架，使学生形成完整的简单图式；②分解样例，并对相对独立的子样例设立子目标，使学生能明确自己学习的进程；③完善丰满样例，促进学生图式的建构与完善。

例如，在“基因的分离定律”的样例学习中，可以先简要呈现孟德尔的科学研究程序(或者问题解决思路)：实验现象(问题的提出)→形成假设(解释现象)→验证假设(测交)→得出结论。根据科学研究程序，将其分解为几个子样例，并设立子目标，当学生掌握分离定律后，教师可让学生补充完善样例框架，促进图式的建构与发展(图1)。

图1 “基因的分离定律”的样例图式

2.2 对样例进行留白处理 教材“探究环境因素对光合作用的影响”是一个经典的留白型样例。在留白处，学生能根据已有的知识经验推测发生了什么或将要发生什么。这提示教师在进行其他类型的样例教学时，也可以进行留白处理。经过留白处理的样例能诱发学生产生自我解释，充分发挥学生的主体意识。

例如，学习“基因的分离定律”时，教师对测交实验进行留白，让学生设计实验完善科学研究；在学完肺炎双球菌的活体细菌转化实验后，对离体细菌转化实验留白，给予学生充分思考的空间与机会。

2.3 对样例添加附加说明 教材提供的样例往往只呈现科学家的研究成果，没有说明“科学家为什么会做这样的研究”“科学家为什么要这样做”的问题，使学生觉得科学研究或问题解决是“理想化”的，脱离了他们的生活实际。这会造成学习与生活的割裂，难以让学生感受到学习的乐趣与意义。因此，教师在样例中有必要添加附加说明，使科学研究过程更符合学生的思维逻辑，更贴近学生的生活实际。

例如，在“核酸是遗传物质的证据”中，教材有两个样例：肺炎双球菌的转化实验、噬菌体侵染细菌的实验。教师通过添加附加说明，使两者具有逻辑联系：“为什么科学家要做噬菌体侵染细菌的实验？”引导学生去发现肺炎双球菌转化实验的不足之处，培养他们思维的严密性；“为什么科学家想到用噬菌体做实验材料？”使学生明白科学家选择实验材料的依据不是凭运气。

2.4 对样例进行多角度、多方式的表征 教材中样例的表征方式十分丰富：有曲线图(如光强度对光合速率的影响曲线图)、圆饼图(如细胞周期示意图)、表格(如核酸分子的组成)、概念图(如脱氧核苷酸的组成)、实物模式图(如动物有丝分裂示意图)、文字叙述(如基因突变)、抽象符号表征(如用○□△代表氨基酸的不同种类)等。教材通常采用2～3种方式来表征概念，促进学生对知识的理解和迁移。另外，教材还采用多角度的表征：对结果的表征(如细胞膜的流动镶嵌模型)、对过程的表征(如伞藻的实验)、对科学方法的表征(如DNA复制过程的同位素示踪实验)。

教师需要结合知识的特点和学生的认知结构，选择合适的表征方式，多角度地开展课堂教学。例如教材用文字叙述和图示来表征“基因重组”这个概念，但学生感觉很难理解。此时，教师可以通过增加图示来表征“基因重组”的发生阶段，也可以通过举多个正例和反例，让学生分析归纳“基因重组”的本质属性(图2)。第①例蕴含了“基因重组”的本质属性，第②例为反例。

图2 “基因重组”图例

3 关于样例教学的几点建议

3.1 关于样例设计的情境性 教师在设计样例时要结合学生的生活经验，让学生体验知识学习的乐趣和价值。例如，学习“温度对酶活性的影响”时，教师可以用冰水、温水、沸水处理加酶洗衣粉，让学生观察这三种条件下的洗涤效率与效果。

3.2 关于样例的变异性 教师呈现的样例在学生的接受能力范围内要有一定的变异性。这有利于学生归纳样例中所蕴含的知识、原理与方法。例如，在学习“自由组合定律”时，对于F2代的性状分离比，可以用数据、表格、圆饼图、柱状图等方式表示让学生分析；也可以通过设置动、植物育种的样例让学生应用迁移；或让学生分析一些人类遗传病的遗传。

3.3 关于样例学习的巩固 在生物学教学中，一个样例配以一个习题或习题中穿插样例的课堂要比一堆样例后接一堆练习的课堂有更好的教学效果。如学生在学习DNA半保留复制的科学研究方法——同位素示踪法后，教师可立即设计问题情境：例如，如何确定分泌蛋白的合成与分泌依次经过了哪些细胞结构？随后开始后面内容的学习。