在初中生物学教学中培养学生模型建构能力的举措

郭荣辉

(江苏省南京民办育英第二外国语学校 210044)

模型建构又称“建模”，就是为了理解事物而对事物作出的一种抽象，生物学中的模型建构指用文字或图示的方式表达生物学概念，包括物理模型、数学模型和概念模型的建构。初中阶段的学生在学习过程中逐步发展了自身的理性思维，形成能正确解读各种模型的内涵、准确提取关键信息、选用恰当的方式建构模型并阐明其内涵的能力。所以，教师要将课本知识与学生的现有生活、学校的实际条件等紧密结合，深层次研究和开发相关的课程资源，通过创设学习情境、开展学习活动，培养学生模型建构能力。笔者结合多年的教学实践，谈一谈培养学生模型建构能力的举措。

1 建构物理模型能力的培养

1.1 边展示，边提问题 教师在初中生物学课堂中把与教材有关的实物(如活的动植物及器官)直接呈现在学生面前，供他们观察、聆听、触摸、闻、尝，通过感官直接感受，同时提出一些问题引导学生思考，有时还要指导学生感受，让学生说出具体感觉。

例如，学习果实的结构时，教师给每组提供花生果实，让学生从外到内进行解剖和观察。同时提出麻屋子、红帐子和白胖子分别是什么？花生的果实由哪两个部分组成？教师也可以将模拟实物(如模型、图片)呈现给学生。不过在展示时要提出相关的问题进行引导。有的不能直接提供给学生感受，教师要与学生共同分析现象，使感性知识与理性知识结合起来。例如，学习心脏的结构时，教师一方面展示心脏的模型，另一方面提出：“心脏由哪四个腔组成？心壁较厚的是哪个腔，这个腔与什么血管相连？这个腔的上方、右方分别是什么腔，分别与什么血管相连？指导学生有目的观察，培养他们解读物理模型的内涵、准确提取关键信息的能力。

1.2 说、写、贴或拖结构名称及功能 学生在学习生物体的结构和功能这些枯燥、抽象的知识时，往往比较被动，缺乏学习的兴趣，甚至产生抵触的情绪。教师通过展示带有标号或者方框的生物体结构模式图或示意图，创设积极主动的学习情境，开展学生阅读教材、观察和比较教材上的相关图片，说出、写出或者贴出、拖出结构名称和功能的多样化学习活动，主动建构相关的生物学概念。

例如，在学习叶片的结构时，学生首先通过显微镜观察菠菜叶的临时切片和迎春叶的永久切片，接着教师在白板上展示带有方框、结构名称的叶片结构模式图(图1)。学生通过阅读教材，观察和比较教材上的插图，在各自的平板上进行拖放，其中一个学生在白板上拖放，完成如图2所示的叶片结构模式图。又如学习种子的萌发时，教师在导学案或者黑板上写出1、2、3、4，请学生将表示大豆种子萌发过程的动态示意图按照黑板或者导学案上的顺序依此粘贴，帮助学生理解和建构种子的萌发过程。

图1 带有方框的叶片结构模式图

图2 叶片结构模式图

1.3 制作实物剪贴图，标注名称 在学习宏观的生物体结构和功能这些枯燥、抽象的知识时，有时可以引导学生制作实物剪贴图，标注名称，加深学生对这些宏观生物体结构和功能的理解。

例如，学生在学习种子的结构时，先给学生发浸泡过的大豆、蚕豆、芸豆、花生种子，要求学生选取一粒种子，剥开种皮，并将其粘贴在白纸上；再剥开两片子叶，将其粘贴在白纸上，运用放大镜观察附在子叶上的各部分结构，对照教材，标注结构名称。最后教师用手机拍摄学生的实物剪贴图，并用授课助手投放到大屏幕上(图3)。请学生查找并用电子笔修正标注的错误。

图3 大豆种子结构剪贴图

1.4 绘图 在初中生物学教学中，引导学生绘制生物体结构模式图或者示意图，有助于加深对生物体结构的理解，事半功倍地建构相关生物学概念。

例如，学习植物细胞的结构时，先让学生制作洋葱鳞片叶临时玻片标本，再运用显微镜观察，并将视野中的图片画在实验报告上，参照教材标注名称。最后教师用手机将某些存在典型错误的示意图拍下来，用授课助手投放到大屏幕上，请学生找出错误，并修正绘图中的错误。

1.5 制作并完善静态的物理模型 课堂上，引导学生动手制作简单的静态物理模型，有助于加深对概念的理解。

例如，学习细胞分裂时，首先让学生运用显微镜观察洋葱根尖的永久玻片标本，接着，出示视野中的图像，请学生画出视野中的典型细胞，说出典型特点。再播放细胞分裂过程中各个时期的动画，分发橡皮泥，引导学生用橡皮泥制作细胞分裂期的四个阶段的模型，并标注各个时期。最后教师用手机将这些模型拍下来，并用授课助手投放到大屏幕上。进一步加深学生对细胞分裂过程的理解。

1.6 演示器的制作和演示 演示演示器能够吸引学生的眼球，激发学生学习兴趣，丰富感性知识，减少知识建构中的困难，帮助他们作出正确的判断和推理，形成明确的概念。教师在平常的生物学学习中，引导学生自制表示生命活动的演示器。

例如，在学习人体呼吸运动时，由于人体的呼吸运动这一生理活动比较抽象，加上学生没有学过大气压的知识，因而理解上较困难，往往囫囵吞枣地被动接受。课前，教师引导学生用分叉的玻璃管、橡皮膜、气球、塑料瓶等模仿教材上的插图，制作模拟人体膈肌舒缩引发呼吸的演示器。课上，教师出示演示器，并提出问题： 橡皮膜、两个气球、塑料瓶分别代表什么？接着让学生用手向下拉橡皮膜，松手让橡皮膜回缩，并提出问题： 向下拉橡皮膜时，气体进入气球还是从气球中排出？橡皮膜回缩时，气体进入气球还是从气球中排出？通过制作和演示演示器，相关问题的引领，有助于学生理解膈肌收缩，膈顶部下降，外界气体通过呼吸道进入肺，使肺扩张；膈肌舒张，膈顶部上升，将肺内气体由呼吸道压出，使肺回缩。

2 建构数学模型能力的培养

2.1 分析数学模型，解决相关问题 在初中生物课堂反馈阶段，教师经常提供一些有数学模型的问题，让学生分析和利用数学模型解决相关问题，从而考查学生的读图和提取关键信息的能力，再通过师生共同分析，培养他们这方面的能力。

例如，学习了人体对蛋白质、淀粉和脂肪的消化后，教师在反馈阶段出示这样一道问题： 图4中X， Y两条曲线分别表示哪种营养物质的消化过程？B、C、D分别代表什么消化器官？一个学生这样分析： 从图中看出X曲线从口腔就开始减少，又因为淀粉从口腔开始消化，所以X曲线代表淀粉消化；蛋白质曲线在C段开始减少，又因为蛋白质在胃开始消化，所以C代表胃；X曲线、蛋白质曲线在D段急剧减少到0，又因为淀粉和蛋白质在小肠被全部消化，所以D代表小肠；Y曲线从D段开始减少并到0，又因为脂肪在小肠开始并完全消化，所以Y曲线代表脂肪的消化；X、Y和蛋白质在B段都没有减少，又因为淀粉、蛋白质和脂肪在食道都没有消化，所以B代表食道。通过这样细致的分析，其他学生运用数学模型解决问题的能力也得到显著的提升，解读数学模型和提取关键信息的能力得到了培养。

图4 三种营养物质的消化

2.2 将实验数据转化成直观图形 有些实验现象比较复杂，得到的实验数据比较抽象，学生很难通过分析实验现象和数据作出正确的判断，得出科学的结论。教师引导学生将实验数据巧妙地转化成直观的柱形图、折线图、饼状图等，即建构形象的数学模型，便于学生从中找到规律，得出正确的结论。

例如，探究酒精对水蚤心率的影响时，学生运用显微镜分别计数水蚤在清水、5%、10%、15%、20%和25%的酒精溶液中的心率，发现忽高忽低，学生很难从中找出规律，得出科学结论。教师引导学生尝试在坐标系中绘出水蚤心率与酒精浓度关系的曲线，学生很容易发现低浓度酒精使心率加快，浓度高的酒精使心率降低，因而作出正确判断。数形转换，不仅便于学生发现规律，而且有利于培养学生建构新情境中数学模型的能力。

2.3 用数学模型表达复杂生命规律 生物学中有很多知识比较枯燥、乏味，如果用数学模型表达，则往往能将复杂问题简单化，增加学生学习的趣味性，也更能激发学生的学习兴趣。所以学生在学习这部分抽象、复杂的知识时，教师可引导学生构建数学模型。

例如，分析一对有耳垂的夫妇生了一个无耳垂的孩子。教师可以引导学生从分析孩子的基因组成入手，由于无耳垂是隐性性状，基因组成是aa，这两个a分别来自父母双方，又因为父母都是有耳垂，有耳垂是显性性状，所以父母的基因组成都是Aa，再指导学生画出遗传图解(图5)。或者通过人耳贴图和磁性基因卡片排列重组完成遗传图的建构。这样的活动不仅激发学生学习的热情，而且培养了学生在新情境中建构数学模型的能力。

图5 一对基因的遗传图解

3 建构概念模型能力的培养

3.1 展示概念模型，说出其内涵 在初中生物学教学中,教师展示概念模型,让学生说出其内涵,对他们进行启发、引导，培养学习生物学知识和自我构建生物学概念的能力。

例如,学习了人体的血液循环后，教师展示如图6所示的体循环和肺循环的过程图,学生说出其内涵。这个学习活动不仅使学生对体循环和肺循环路线有了整体的认识，明白心脏的四个腔是“上下相通，左右不通”，与四个腔相连的血管是“房连静，室连动”，四个腔中的血液是“左侧鲜红右暗红”；也培养了学生解读概念模型内涵和提取关键信息的能力。

图6 人体的血液循环路线

3.2 完善不完整的概念模型 在初中生物学教学中,教师展示不完整的概念模型,让学生完善并说出其理由和内涵,启发、引导他们初步构建概念图，培养其在新情境中建构概念模型的能力。

例如，学习了尿液的形成和排出后，在课堂小结环节教师可以出示一个不完整概念模型(图略)，让学生填写其中的空格，完善这个概念模型。学生在填写空格，完善此概念模型过程中就要考虑血液、原尿和尿液的关系，并进一步思考滤过作用是将哪些物质滤出，重吸收作用是将哪些物质重新吸收回血液，另外还要考虑血液、原尿和尿液的成分，尿液经过哪些泌尿器官排出体外。这样使学生明白建构概念模型要考虑的要素，从而培养他们今后在新情境中构建概念模型并阐述其内涵的能力。

3.3 指导学生绘概念图 教师在初中生物课堂小结阶段或者单元复习阶段，指导学生思考一节课或者一个单元的主要概念，再寻找这些概念之间的关系，最后用专门软件制作概念图，或者用笔在笔记本上把这些概念以及它们之间的关系画成知识网络。

例如，在复习绿色开花植物的一生时，首先指导学生写出与绿色开花植物的一生有关的概念—种子的萌发、植物体生长、开花、传粉、受精、果实的形成；与种子萌发有关的概念—种子的结构、种子萌发的条件，与开花有关的概念—花的结构、影响开花的因素，与传粉有关的概念—传粉的类型，与果实形成有关的概念—果实的结构；下一层次的概念，如胚的结构、雄蕊和雌蕊的结构、异花传粉的途径、子房的结构、胚珠的结构等。再思考这些概念之间的关系，最后用线、框图等把这些概念之间的关系表示成图形化形式(图略)。