科学思维视域下开展生物学概念模型教学的研究

【摘要】在义务教育阶段，教师应注重学生核心素养的培养，增强学生掌握生物学概念和实验探究的能力。在初中生物学教学中，教师应用概念模型教学的方式，有利于培养学生的抽象概括能力，对学生建构生物学知识体系有着重要的意义。文章结合初中生物学教学实际，分析科学思维视域下开展生物学概念模型教学的实践方式。

【关键词】科学思维；初中；生物学；概念模型教学

作者简介：陈丹丹（1981—），女，江苏省南通市通州区先锋初级中学。

学生在初中阶段建立对生物学的初步认知，掌握生物学的学习方法具有重要的意义。科学思维视域下的概念模型教学，可有效地培养学生的生物学学科核心素养。

一、基于学生认知需求，梳理生物学概念模型教学的流程

科学思维视域下的生物学概念模型教学应以学生的认知能力和认知需求为出发点，引导学生经历从个体到一般、从局部到整体的科学探索过程，从而让学生在完整的科学推理过程中获取对生物学知识的直观感知，建构生物学概念模型。

（一）梳理逻辑关系

建构生物学概念模型的目的在于梳理生物学概念之间的逻辑关系，从科学思维的角度理解和记忆生物学的相关概念。科学思维视域下建构生物学概念模型的主要环节是总结生物生命活动中的原理、规律及特征，进而梳理其中的逻辑关系。

以人教版生物学七年级上册“细胞的生活需要物质和能量”的教学为例。首先，笔者引领学生对细胞的各种结构进行梳理总结，归纳出细胞核、细胞质、细胞膜、细胞壁、线粒体、叶绿体以及细胞核等基本概念。其次，笔者引导学生在梳理细胞的各种结构的基础上分析不同结构的不同功能，如细胞膜控制细胞内外的物质交换，比如水、无机盐以及有机物的进出；叶绿体可将光能转变为化学能，并将化学能储存在它所制造的糖类等有机物中；线粒体相当于汽车的发动机，可将细胞中一些有机物的化学能释放出来；细胞核控制着生物的发育和遗传。最后，通过对生物学概念进行梳理和归纳，学生可以科学的视角对生物的生命活动过程进行分析，并从细胞结构、作用以及作用过程和原理等方面建构生物学概念模型，深化对生物学概念的理解。

（二）整合零散知识

建构生物学概念模型，应基于科学思维进行整合，形成完整的知识体系。在这一环节中，教师更重要的是引导学生对零散的知识内容进行科学归纳。

以人教版生物学八年级下册“基因、DNA和染色体”的教学为例。首先，笔者引导学生整合较为零散的知识点，包括基因、染色体以及DNA等不同概念及其之间的联系。如染色体的概念可以整合为DNA和蛋白质组成的遗传信息库。其次，笔者在此基础上引导学生探讨不同原因导致的遗传病类型。最后，笔者鼓励学生尝试制作染色体和DNA的关系示意图，从而助力学生建构完善的生物学概念模型。

（三）反思和调整

反思是科学思维的重要方面。教师需要引导学生联系生活，對尚不完善的生物学概念模型进行反思和调整，从而强化学生的科学思维［1］。

以人教版生物学七年级上册“植株的生长需要营养物质”的教学为例。首先，笔者引导学生建构植株生长的过程及其生长所需的条件的生物学概念模型。在此基础上，学生得出“不论是细胞数量的增多，还是细胞体积的增大，都需要不断地补充水、无机盐和有机物”的结论。其次，笔者结合生活现象，如植株叶片发黄、矮小瘦弱、倒伏等，引导学生反思植株为什么会出现上述症状。再次，通过学习、讨论，学生认识到植株生长需要含氮的、含磷的和含钾的无机盐，如果缺少某种无机盐，植株就不能正常生长。最后，笔者引导学生调整生物学概念模型的建构，从而完善生物学概念模型。

二、聚焦学生认知特点，拓展生物学概念模型教学的途径

教师在科学思维视域下开展生物学概念模型教学，应充分调动学生的主观能动性，为学生提供自主探究的课堂学习情境，从而促进学生科学思维的发展。教师可基于学生的认知特点，通过创设情境、合作学习以及迁移应用等方式，拓展生物学概念模型教学的途径。

（一）创设情境

教师要通过创设情境等方法，有意识地调动学生的积极性，激发学生的学习兴趣和热情，增强学生自主探究的动力，从而助力学生在自主探究的过程中建构完善的生物学概念模型［2］。

以人教版生物学七年级上册“植物对水分的吸收和运输”的教学为例。首先，笔者通过多媒体设备展示苏铁、银杏、红豆杉等常见的裸子植物。其次，笔者创设问题情境：“红豆杉可用于提炼紫杉醇，而紫杉醇对于防癌抗癌起着有效作用。因此，大量的红豆杉被剥掉外皮，导致树木死亡。为什么红豆杉被剥掉外皮后，会出现死亡的现象？”最后，笔者引导学生自主探究，让学生直观地认识韧皮部的运输功能，助力学生建构完善的生物学概念模型。

（二）合作学习

科学思维视域下的生物学概念模型教学十分注重对学生思维的引导。教师可通过调动课堂氛围、组织学生合作学习等途径，促进学生碰撞思维、发散思维，从而实现多角度地、全面地建构生物学概念模型。

以人教版生物学七年级下册“神经调节的基本方式”的教学为例。首先，笔者引导学生合作开展膝跳反应的实验。学生两人一组，一人作为受试者坐在椅子上，一条腿着地，另一条腿自然地搭在着地的腿上；另一人用手掌内侧的边缘迅速叩击一下受试者上面那条腿的膝盖韧带，同时观察这条腿有什么反应。其次，笔者引导学生讨论实验结果，从而得出“人体通过神经系统，对外界或内部的各种刺激所发生的有规律的反应，就叫反射”的结论。再次，笔者引导学生在此基础上，研究反射的结构基础—反射弧。学生合作分析，认识到“反射是通过一定的神经结构—反射弧完成的”。最后，笔者鼓励学生合作绘制反射弧的结构模式图（如图1所示），从而建构科学思维视域下的生物学概念模型。

（三）迁移应用

教师应有意识地引导学生基于生物学概念模型解决实际问题，从而提高学生思维的灵活性与敏捷性。

以人教版生物学七年级下册“尿的形成和排出”的教学为例。首先，笔者通过多媒体设备展示泌尿系统的组成示意图，从而引导学生认识泌尿系统是由哪些器官组成的。其次，笔者通过多媒体设备展示尿的形成过程示意图，让学生讨论肾小球、肾小囊、肾小管的作用。再次，笔者联系生活，引导学生分析健康人的尿液中有没有葡萄糖。最后，学生明确肾小管有重新吸收的作用，当健康人的原尿流经肾小管时，全部的葡萄糖、大部分的水和无机盐就被肾小管重新吸收。因此，健康人的尿液中没有葡萄糖。

三、指向学生的认知过程，探析生物学概念模型教学的策略

科学思维视域下生物学概念模型教学的策略应注重学生的认知过程，同时为学生提供科学的思维方法，让学生经历完整的知识认知和模型建构过程，从而强化学生的科学思维。

（一）分析数据

分析数据是学习生物学必不可少的能力。学生需要对数据进行分析，从而准确归纳与概括生物学知识。因此，教师应该有针对性地设计课堂中的数据分析环节，发展学生的科学思维。以下列选择题为例。

青蒿素（可从黄花蒿中提取）作为抗疟药品推广后，黄花蒿种植发展迅速。某研究小组探究“氮肥浓度对青蒿素产量的影响”，得到如图2所示结果，下列分析正确的是（）。

A.氮肥的浓度越高，青蒿素的产量越高。

B.本实验无法确定450千克/公顷以内氮肥的最佳施用浓度。

C.氮肥浓度为450千克/公顷时，青蒿素产量大于其为150千克/公顷时。

D.氮肥浓度大于300千克/公顷时，对青蒿素产量起抑制作用。

针对这一问题，笔者先引导学生回顾植物生长与肥料之间的关系，再结合题目的数据建构生物学概念模型。通过建构生物学概念模型和分析数据，学生可得出结论：氮是植物生长必不可少的元素，但是氮肥浓度过高反而可能对植物的生长起抑制作用。

（二）探究实验

批判性思维与创新思维不仅是学生发展进步的基础，还是一种重要的科学思维方式。教师在课堂设计的过程中应注重培养学生的批判性思维和创新思维。在生物学教学中，教师组织学生开展探究实验，有利于拓宽学生的思维空间，有效培养学生的批判性思维和创新思维。

以人教版生物学七年级上册“种子的萌发”的教学为例。笔者组织学生开展探究实验，让学生对种子萌发的条件进行模型建构。首先，笔者向学生提出问题：“在什么样的条件下种子才能萌发呢？”其次，笔者引导学生作出假设，如种子的萌发需要水分、空气以及温度等。再次，笔者引导学生合作设计实验方案。在此基础上，笔者为学生补充实验组和对照组的有关知识，帮助学生完善实验方案。最后，学生分组按照实验方案进行实验，认真记录种子的萌发情况，并得出“适宜的温度、一定的水分和充足的空气都是种子萌发所需要的条件”的结论。此时，有的学生提出问题：“光照是不是种子萌发所需要的条件呢？”还有的学生提出问题：“满足上述条件，种子一定都能萌发吗？”笔者对学生具有批判性和创新性的问题表示赞赏，从而鼓励学生进一步完善生物学概念模型。

结语

综上所述，教师帮助学生建构生物学概念模型，有利于完善學生的生物学知识框架，为学生自主解决相关问题奠定基础。教师需要在科学思维视域下优化生物学概念模型教学的策略和过程，有效培养学生通过抽象和概括建构生物学概念模型的能力，促进学生生物学学科核心素养的提升。

【参考文献】

［1］庄大田.核心素养视角下提高初中生物学概念教学效率的策略［J］.名师在线，2021（8）：5-6.

［2］于妮.基于项目式学习的初中生物概念教学策略研究［J］.求知导刊，2023（5）：86-88.