基于學習進階理論的高中生物核心概念的模型建構研究

李濤

【摘要】應用學習進階理論展開的一系列由簡單到復雜，由最低層次的獲得了某個知識到更高層級的科學理解，從而優化高中生物核心概念建構的教學策略。學習進階理論下的核心概念建構需要教師對教材反復研究，熟悉教材的欄目和組織方式。通過階梯性引導學生建模活動，深度理解核心概念，如撲克牌模擬減數分裂過程，可以幫助學生從“低錨點”到“高錨點”對減數分裂過程、同源染色體、姐妹染色單體、四分體時期交叉互換、基因的分離定律和基因的自由組合定律等核心概念的理解。學習進階理論下的核心概念建構需要在掌握實驗原理的基礎上，進階到與生活緊密相連。

【關鍵詞】學習進階? ?核心概念? ?模型建構

【中圖分類號】G633.91

【文獻標識碼】A

【文章編號】1992-7711（2020）20-065-02

一、學習進階理論下的核心概念建構需要反復研究教材，體會教材的廣度與深度

（一）研究教材如何全面落實課程標準中的課程內容，包括內容要求、教學提示、學業要求

研究課程標準可以提高教師的理論水平，體會教材的廣度與深度。教材的廣度一方面要求學生的知識面廣且要求關注學生的基礎知識和能力的培養，另一方面，教材的深度可以幫助社會選拔高精尖人才。教材是以人為本，重在把知識說全說深的同時讓學生理解接受。教材在內容編排上體現學科嚴謹性、邏輯性的同時，關注學生的學習規律和心理特點。

（二）研究教材欄目和組織方式

1.本節聚焦是每一節課要解決的核心內容。

2.課本插圖是直觀的理解知識點的各種模型（物理、數學、概念）。

如：必修Ⅰ17頁元素化合物圖表，42頁細胞間的信息交流;85頁酶活性受溫度影響示意圖;必修Ⅱ111頁達爾文自然選擇學說的解釋模型等。必修Ⅰ第2章第1節課本插圖：組成人體細胞的主要的元素（占細胞鮮重的百分比）、組成人體細胞的主要的元素（占細胞干重的百分比）等。

3.問題探討是章節的引入、問題的設置。如必修Ⅱ第2頁融合遺傳。

4.思考討論是針對每一章節所學的核心內容提出一種現象或一個問題，通過思考和討論進一步理解和應用其核心內容。

5.相關信息是每章節相關知識的拓展和聯系。掌握其內容對于知識理解、知識的應用有著及其重要的作用。

如：必修Ⅰ呼吸作用和光合作用有關NADH和NADPH與【H】的關系;必修Ⅲ19頁關于神經遞質問題。

6.思維拓展是考察學生對每一章節知識的理解能力和靈活運用知識的能力，往往還是高考試題的資料來源。如：必修Ⅱ第40頁思維拓展第1題。

7.技能訓練是提高學生對每章節所學知識的應用和與生活相聯系的能力和設計實驗的能力。

如：必修Ⅰ第36頁的技能訓練，證明某種無機鹽是植物生長發育必需的實驗設計。必修Ⅱ第71頁技能訓練，通過果蠅高溫下獲得殘翅性狀的實驗，培養學生提出假說，得出結論的相關能力。

8.關注教材小字、旁欄、課后題中的素材。

如：必修Ⅰ第122頁的自由基學說和端粒學說、必修Ⅰ第126頁的致癌因子。

本章小結是對一章內容的總結、升華。起到畫龍點睛的作用。如必修Ⅲ第42頁第二章的本章小結中關于模型的解說。

（三）研究教材還需要研究教材的圖文的設計，教材框架結構，組織主線。

（四）研究教材章首頁，引言、題圖與格言警句。

教材章首頁風格，引言、題圖與格言警句小詩相配的方式，但引言和圖片都特別注意創設學習情境，激發學生興趣，體現問題驅動，為通過本章發展學生的核心素養打下較好基礎。研究教材寬窄欄的形式排列，區分主干與拓展內容，用不同的字體，區分層級。

二、學習進階理論下的核心概念建構需要階梯性引導學生建模活動，深度理解核心概念

模型構建是學生活動的重要環節，如教材中利用乒乓球構建生物膜流動鑲嵌模型、用糖卡構建血糖調節模型、利用橡皮泥構建細胞模型、利用橡皮泥構建減數分裂染色體變化模型等。教師在教學過程中不僅自己要善于發現用于模型建構的實驗材料，而且還要鼓勵學生由淺入深的建模，深度理解核心概念。

撲克牌構建減數分裂過程案例：《建立減數分裂中染色體變化的模型》

活動一：建立減數分裂中染色體變化的模型

1.活動準備：取撲克牌中的紅桃A、黑桃A、紅桃K、黑桃K，共4張牌，縱向豎直對半剪開，得到8張對半分開的撲克牌，每一張牌代表一條染色單體，強磁片代表著絲粒。

2.活動任務：請在打印紙中模擬精原細胞的染色體組成。

3.活動記錄：精原細胞的染色體數、染色單體數、細胞中的DNA分子數、同源染色體對數。

活動二：模擬減數第一次分裂的過程

1.活動準備：上面活動中8張對半分開的撲克牌、4個強磁片代表4個著絲粒。

2.活動任務：擺放撲克牌位置模擬減數第一次分裂前期的聯會和四分體、擺放撲克牌位置模擬減數第一次分裂中期、擺放撲克牌位置模擬減數第一次分裂后期，并在黑板上展示。

3.活動記錄：各個時期細胞中的染色體數、染色單體數、細胞中的DNA分子數、同源染色體對數。

活動三：模擬減數第二次分裂的過程

1.活動準備：上面活動中8張對半分開的撲克牌、4個強磁片代表4個著絲粒。

2.活動任務：選取一種組合方式的兩個次級精母細胞，擺放撲克牌模擬減數第二次分裂前期、中期、后期，并在黑板上展示。

3.活動記錄：各個時期細胞中的染色體數、染色單體數、細胞中的DNA分子數、同源染色體對數。

活動四：模擬模擬基因定位在染色上，體驗基因自由組合

1.活動準備：上面活動中8張對半分開的撲克牌、4個強磁片代表4個著絲粒。

2.活動任務：在上述減數分裂過程中，如將撲克牌中的字母表示基因，即紅桃A、黑桃A代表一對等位基因，紅桃K、黑桃K代表位于另一對同源染色體上的等位基因。模擬減數第一次分裂后期基因的分離和自由組合，并在黑板上展示。

活動五：自制模型模擬四分體交叉互換

1.活動準備：上面活動中8張對半分開的撲克牌、4個強磁片代表4個著絲粒、標簽紙、記號筆。

2.活動任務用標簽紙寫上Y、y、R 、r粘在撲克牌上，模擬四分體時期交叉互換，并在黑板上展示。

三、學習進階理論下的核心概念建構需要在掌握實驗原理的基礎上，進階到與生活緊密相連

探究抗生素對大腸桿菌的選擇作用實驗中，通過觀察細菌在含有抗生素的培養基上的生長狀況，探究抗生素對細菌的選擇作用。實驗材料用到藥敏試紙，實驗原理采用紙片法，此方法是將浸有抗菌藥物的紙片貼在涂有細菌的瓊脂平板上，抗菌藥物在瓊脂平板上擴散，其濃度呈梯度遞減，因此在紙片周圍一定距離內的細菌受到抑制，培養后會形成一個抑菌圈。

教師在教學過程中既要讓學生通過實驗掌握實驗原理，又要將實驗原理與生活緊密相連。如給學生介紹藥敏實驗的基本流程：標本采集→細菌培養→細菌分離、鑒定→藥敏試驗→結果判斷→形成報告。介紹如何進行抗生素的篩選：在藥敏試紙的兩面清晰印有抗生素編碼縮寫和劑量。用不同藥敏紙片貼在涂有細菌的瓊脂平板上，通過觀察抑菌圈的大小進行藥物的篩選。

四、學習進階理論下的核心概念建構需要培養學生的科學思維

科學思維包含求知態度、思維習慣和能力;歸納與概括、演繹與推理、模型與建模、批判性思維。

歸納推理是一種由個別到一般的推理，分完全歸納和不完全歸納兩大類。在生物教學中，常用不完全歸納法。

如：必修Ⅰ第20頁思考與討論中根據4種氨基酸的結構式，歸納出氨基酸的結構通式。我們在教學中可以總結出從不完全歸納法，即個別事實概括出一般原理的模式：若A1是B;A2是B;A3是B;……則所有的A是B。從而讓學生學會利用原理去總結歸納出課本上有關不完全歸納法的具體事例和運用此方法去解決問題。

如：必修Ⅰ第65頁對生物膜的探索歷程中，通過脂溶性物質易通過的理由，論斷出細胞膜由脂質組成。通過脂質單分子層面積是細胞表面積2倍的理由，論斷出細胞膜磷脂雙分子層。這實質上就是對學生的推理能力的培養。

利用“假設”引申教材的內容，拓展學生思維，在教師的主導作用下，將教材的知識點進行假設性引申，能更好地發揮學生的主體作用，使學生在引申中學會求知的規律和方法，促進學生創造性思維的發展。

如：必修Ⅰ第102頁美國科學家卡爾文利用放射性同位素做實驗最終探明了碳在光合作用中轉化成有機物碳的途徑。但是課本并沒有闡述：到底是哪類物質與CO2結合形成C3呢？按照一般的思路考慮，是尋找一種二碳化合物。但是，大家都沒有找到這樣的二碳化合物。教師在教學中可以引導學生做出假設，然后設計實驗驗證假設。最后通過查閱資料發現卡爾文繼續設計新的實驗進行探索。他用14CO2標記的小球藻做了這樣的實驗：突然停止供應CO2，小球藻內含量大為增加的是一種五碳化合物。據此推測，這種五碳化合物應該就是與CO2結合的化合物。

【基金項目：福建省教育科學“十三五”規劃2019年度常規課題《基于學習進階理論的高中生物核心概念的教學實踐研究》階段性成果 ，課題編號：2019XB0047】

【參考文獻】

[1]徐孫煒.淺談類比推理在高中生物學教學中的運用[J].中學生物學，2016（11）.

[2]張峰.指向核心素養達成的高中生物學教學變革-《普通高中生物學課程標準（2017年版）》解讀[J].福建基礎教育研究，2018（4）.