也论概念模型建构在生物教学中的应用

陈永生

（安徽省桐城中学 安徽安庆 231403）

概念模型相对于数学或物理模型而言，无法用直观的图形曲线或实体体现，需要教师引导、帮助学生积极思考、总结归纳，并结合教材内容进一步对自己建构的知识体系或模型进行梳理或调整，最后才能生成高度凝练又简约直观体现教学内容的模型。学生在学习中会经常遇到难以理解的核心概念及生命活动过程，或者对微观的生命活动过程把握不准。教师基于核心概念，帮助学生建构概念模型，可以落实教学目标，更好地让学生把握知识的内在。下面就以上几个方面进行具体的实践总结。

1 基于教材概念模型的再建构完成教学过程

1.1 对自然选择学说概念模型的分析

教材对达尔文自然选择学说的主体内容呈现，就是以一个概念模型的构架来实现的，它包含的内容点比较多。在实际教学中，教师通常以文本描述的过程进行教学。但是，自然选择学说的内容包含要点多，并且要求学生能基于各内容点进行一定的推理，逐步生成结论，在此基础上得出物种进化的结果。

1.2 分析模型内容引导总结归纳生成新的概念模型

教师可引导学生分析自然选择学说内容，将“事实1：生物过度繁殖倾向”“事实2：物种内的个体数保持稳定”“事实3：有限资源”简化合并为生物进行生存斗争的原因，再将“事实4：个体存在变异”“事实5：许多变异可遗传”精简提炼为有利的可遗传变异。基于这两个要点，教师促进学生得出结论：自然选择适者生存、不适者被淘汰，最后逐代积累有利变异进化出新的生物类型。

1.3 学生课堂归纳生成要点凝练的概念模型

学生通过课堂活动，建构自己的概念模型。教师对模型的结构形式不作具体要求，但一定要具有自然选择学说的几个核心要素和结论，引导要素不全面或者推理不全面的学生作出修正。多数学生的概念模型如图1所示。

图1 自然选择概念的模型

2 对教材的假说进行演绎而建立分析模型

2.1 对自然选择影响生物种群基因频率的分析

教材中具有该内容的完整文本探究的过程，包括介绍情景、提出问题以及探究思路的假说-演绎过程。许多学生不理解假说的内容导致的结果之间的逻辑关系，所以教师要加强学生对这部分的演绎推理，有利于学生理解自然选择的过程。

2.2 基于文本假说分析自然选择作用于基因频率的过程

教师引导学生进行假说分析：树干变黑的情形下，浅色个体的桦尺蠖因为更容易被天敌捕食，不利于生存，而深色个体易生存。故在各代中浅色个体越来越少而深色个体越来越多，进而使得种群中的浅色基因（s）频率递减而深色基因（S）频率增加，体现自然选择通过对表现型的选择而改变种群的基因频率。

2.3 师生课堂活动讨论建构过程总结生成模型

教师引导学生分析探究的文本，并结合达尔文自然选择学说的模型要素建构概念模型。模型的建构过程要着重体现环境改变对生存斗争的具体结果的影响，并且体现基因频率的改变，最后得出符合逻辑的推理结果。另外，教师要强调该过程结果的待验证性，即仍需使用数学演算模拟基因频率的改变，通过数学演算对该模型的正确性进行验证，由此在锻炼学生建构概念模型的同时，也强化假说-演绎科学思维的应用。师生课堂建构、分析各种模型，并生成较为典型的模型作为最终展示的结果（图2）。

图2 自然选择影响生物种群基因频率的概念模型

3 通过实施模型建构对课题内容进行总结性生成

3.1 分析内环境是细胞与外界进行物质交换的媒介

内环境是细胞生活的直接场所，而生物体是从外界环境所获得养料并排泄废物至外界，因此内环境是细胞与外界进行物质交换的媒介。在教学中，这一结论是结论性的内容，教师通常不会用比较感观的形式来体现，也没有条理性的分析。如果仅仅用一个结论进行总结性的描述，学生对该概念的本质仍然理解不清。或者，教师直接在教学中呈现相关的概念模型，但模型建构的逻辑与教学过程没有融合在一起，对于学生而言，仅仅是一个“新”的需要记忆的大知识点而已，无法起到应有的效果。

3.2 结合知识要点，建构模型，实现概念教学的目标

“内环境是细胞与外界环境进行物质交换的媒介”这一概念是本节课的总结点，涉及总结归纳全课的知识要点，将内环境的组成及关系与人体几个重要的生命活动过程联系起来，难度较大。因此，教师引导学生共同建构该概念模型。

教师引导共建模型的关键在于教师的引导方式要有效结合课堂学习的方式。概念模型是高度凝练学科知识的结构，且各要点之间既要符合逻辑关系也要具有科学性，所以教师的建构模型的引导过程要分步实现，同时也要紧密联系学科内容。

（1）利用教材结论生成模型的主要关系。

内环境作为媒介，要勾连细胞内液和外界环境这两个主体（图3）。所以建模第一步就是要让学生理解模型的雏形，然后才能使学生基于这个前提继续完善模型。

图3 模型的雏形

（2）结合学科内容，将模型主体充实化。

细胞要进行生命活动，要从外界获取如氧气、葡萄糖等养料，也需将二氧化碳、尿素等细胞代谢废物排出体外。教师要引导学生分析：在该过程中内环境承担什么作用？内环境的三大组分中有哪些成分又与相关生理过程有联系？如气体交换涉及哪个器官哪个系统？营养物质的获得依赖什么过程？代谢废物如何排出体外？……基于这些内容的分析，学生先作草稿，调整它们在模型中的位置和关系，分析讨论是否存在错误或矛盾，初步建构模型的“粗胚”。分析模型时，教师引导学生先局部建构，然后再统一在一起，分析过程可如下：

氧气如何获得？（外界——氧气——内环境——氧气——细胞）

氧气通过什么器官依赖什么系统进入内环境？（肺部进行气体交换，依赖呼吸系统，但是要通过循环系统才能运输到全身各处）

葡萄糖如何获得？它又如何进入内环境？二氧化碳要怎样排出到胞外？尿素如何代谢？通过什么生理过程进入外界？

……

学生思考一系列的相关问题，从而思考分析模型的局部，理顺各部分间的关系。

（3）联系生理过程，将系统器官组织在模型内部。

师生通过共同的分析讨论，打磨“粗胚”，同时将涉及到的几个重要生命过程的器官、系统联系在一起。这样既可以让学生理解内环境是怎样作为媒介的，也让学生知道人体的生命活动是复杂的，是许多器官系统共同维持实现的。初步生成模型后，教师还要提醒学生注意遗漏或不全之处，群策群力共同完成模型的建构。

综上所述，在具体的教学中教师要改变过去的思维模式，不以模型本身的内容为唯一重点，而是要通过模型的建构过程来实现教学目标，同时培养学生的分析问题整合知识的能力，真正培养学生的科学思维。