“血管示意圖”模型構建的概念表征研究

王 威 吳 霞 成欣耘

(四川師范大學生命科學學院 成都 610101)

1 研究的問題

模型是概念表征的一種載體，是對所描述事物的簡化模擬，通過解釋事物如何或可能如何運轉而加深人們對事物的理解。模型分為10類，包括尺度模型、教學的類比模型、數學模型和示意圖等，其中示意圖使人產生視覺化的效果，是表征模式或反應路徑的模型[1]。本文以人教版《生物學》七年級下冊教材中關于“血管”的科學概念為例，根據血管在人體的分布路徑構建“血管示意圖”模型來表征血管的科學概念。

2 血管科學概念

2.1 編制血管的子概念描述表 首先梳理關于血管的科學概念，再提取動脈、毛細血管、靜脈和靜脈瓣膜4個子概念，分別編號為A、B、C、D。每個子概念的描述如表1所示。

表1 血管科學概念的子概念描述

“子概念描述”描述了每一個子概念的多個特征，如動脈這個子概念的概述涉及其分布、結構和內部血液流速等。通過該表將血管科學概念的所有子概念進行描述，架構了完整、系統的血管科學概念。

2.2 梳理血管科學概念的科學概念片段 血管科學概念的描述，不便于學生把握概念所描述的多個特征。因此，可將每個子概念根據要素進一步劃分為科學概念片段，在概念教學5要素的基礎上劃分出7個要素，分別為“語詞”、“結構”、“功能”、“分布”、“實例”、“外部聯系”“內部聯系”，依次編碼為a、b、c、d、e、f和g。沿用概念教學要素中的“語詞”和“實例”，編碼為a與e。將“內涵”進一步劃分為“結構”“功能”“分布”3個要素，進而描述血管科學概念所具的3種特有屬性，分別對應b、c和d。根據血管知識特點與學習者的需要刪除“外延”與“前科學概念”兩項要素。為更好地幫助學生建構科學概念，促進各個子概念間的聯系，形成系統化的概念體系，確定子概念要素“內部聯系”，對應g，表示3類血管及靜脈瓣膜之間存在的聯系。血管、心臟和血液是學生理解整個血液循環系統的基礎，為有效幫助學生理解整個血液循環系統，確定要素“外部聯系”，對應f，表示血管與血流速度間的聯系。

所構建的4個子概念與7個要素形成的矩陣構成血管科學概念細化表如表2所示，其中將細化的內容稱為科學概念片段。

表2 “血管”科學概念細化

表中每個子概念對應的一個要素即一個科學概念片段，其中子概念D的要素e、f、g缺失的原因為靜脈瓣膜不存在實例，無要素e；靜脈瓣膜與動脈和毛細血管之間沒有聯系，與靜脈的聯系已經在要素d“分布”中體現，不存在要素g“內部聯系”；靜脈瓣膜的外部聯系，即與靜脈的關系已經在要素c“功能”中體現，因此不存在要素f“外部聯系”。因為與心臟的聯系已在 “實例”以及 “功能”中體現。因此，不再單獨作為一個要素。經整理細化表共劃分出25個科學概念片段。

2.3 血管概念模型表征 結合血管科學概念細化表，采用圖文結合的方式構建模型——血管示意圖，使重點呈現的血管科學概念形象化、簡潔化(圖1)。

圖1 血管科學概念示意圖模型

示意圖中橫行對應概念細化表中的4個子概念，縱列對應表中的7個要素，所形成的二維網狀結構涵蓋劃分出的25個科學概念片段。

插圖的細節過多，雖然能更好地反映真實情況，卻不易被理解，容易分散學生的注意力[4]。因此根據科學概念的7個要素，用圖形、文字等重點呈現每個要素所對應的科學概念，而對其他要素的科學概念進行弱化。例如，在要素“分布d”中僅僅展示3類血管以及靜脈瓣膜分布的特點，而不呈現要素“外部聯系f”中血液流速的特點。因部分概念片段不便于用圖形的方式呈現，在示意圖中加入適當的文字進行補充解釋，如概念片段Bf，即毛細血管的血流速度最慢。

由于動脈、靜脈和毛細血管的功能有所不同。因此，將“表1”中的要素c“功能”分解為“功能c1”(對應動脈和靜脈功能)與“功能c2”(對應毛細血管功能)。同理，將“表1”中要素e“實例”分解為“實例e1”(對應上下腔靜脈和肺動脈)和“實例e2”(對應肺靜脈和主動脈)。

考慮到插圖比例不恰當會影響插圖的有效性，容易使學生形成錯誤概念。因此，在構建“血管示意圖”模型時，須注意線條之間粗細和距離長短的比例，以及箭頭長短的比例。例如，在“結構b”中用粗線條表示較粗的動脈壁；細線條表示較細的靜脈壁，動脈的管徑小。 “外部聯系f”中用較長的箭頭表示動脈中血液流速快，用短箭頭表示靜脈中血液流速慢。此外，“功能c1”“功能c2”中用箭頭方向表示血液流動和物質運輸的方向。

3 小結及建議

本文將血管的科學概念按照4個子概念與7個要素劃分成25個科學概念片段，通過構建“血管示意圖”模型對25個科學概念片段從特征、形象和語義3個方面進行表征，將原本抽象、復雜的知識用更加形象簡單的圖示呈現，將不可見的血管可視化，幫助學習者構建血管科學概念。

基于理論與實踐得到的“血管科學概念示意圖模型”不僅為教學插圖的“血液循環途徑示意圖”的進一步豐富與完善提供了教學資源，同時也為表征科學概念提供可借鑒的依據。教師可利用“血管示意圖”模型完善學生的科學概念，也可用作教學評價工具評估學生對科學概念錯誤的理解。

該科學概念示意圖模型的編制方法可類比遷移至其他內容章節或其他學科，實現更大范圍的科學概念的表征。