基于模型構建的支架式教學研究
——以“生態系統的物質循環”為例*

左開俊 （江蘇省震澤中學 江蘇蘇州 215200）

支架式教學的核心涵蓋2 種水平，即學生現有發展水平和潛在發展水平。學生現有發展水平表征為獨立完成任務的能力；學生潛在發展水平表征為基于教師的指導和幫助，最終獨立完成任務的能力。這2 種水平在認知上存在的差距，稱為最近發展區。在教學過程中，依托多組層級式支架的搭建，幫助學生順暢地涉過最近發展區，獲取高階認知的教學模式，即為支架式教學。支架式教學的構建流程如圖1。模型構建從屬于生物學學科核心素養的科學思維范疇，其作為一種現代科學認知手段和思維方法，所提供的觀念和印象不僅是人們獲取知識的條件，更是人們認知結構的重要組成部分。基于模型構建的支架式教學倡導探究性學習，注重聯系現實生活、注重以學生為主體，強調將認知及反思過程還給學生，將參與探究的機會還給學生，將動手和動腦、培養主動獲取新知識的能力、批判性思維的能力、分析和解決問題的能力，以及交流與合作的能力的機會還給學生。這種教學能充分調動學生的學習積極性，培養學生的思維探究能力，促進了學生之間的交流與合作。

圖1 支架式教學的構建流程圖

生物學課堂中，基于模型構建實施支架式教學，原則上，既要保持學生獨立人格的探究本性，依據學生已有的實際發展水平，對生物學概念進行自主構建；又要秉承協同合作、互動交流的探究精神，完成層級式支架圖的意義構建。本文基于最近發展區的核心理念，以“生態系統的物質循環”一課教學為例，重點陳述如何依托建模，組織和實施支架式教學。

1 通過概念模型構建，搭建初始化教學支架

概念模型指以某一區域應用為目的，借助語言、文字、圖文和符號等形式，對真實世界系統信息進行抽象和簡化的一種形式。構建后的概念模型通常呈現形象化、直觀化和生動化的特征。《普通高中生物學課程標準（2017 年版）》（以下簡稱“新課程標準”）要求“教學活動不應僅僅停留在讓學生記住一些零散的生物學事實的層面上，而是要通過對事實的抽象和概括，幫助學生建立生物學概念，并以此來構建合理的知識框架，為學生能夠在新情境下解決相關問題奠定基礎”[1]。因此，教師應先通過課前與學生交流，從知識、認知層面上掌握學生現有的發展水平。再依據新課程標準的目標達成，找出二者之間的最近發展區，最后，通過概念模型構建，搭建初始化教學支架，可視化、簡易化地呈現教學內容。

支架式教學的首要任務是依據“最近發展區”原理，通過學生的自主學習或協作學習構建概念支架圖。例如，在“生態系統的物質循環”一課的初始教學中，首先，應緊扣“生態系統概念”這個支架，搭建第1 個知識層級。依托學生現有的發展水平，即相關生態系統組成成分的認知貯備，構建最簡單的生態系統模型（生物群落+無機環境）。其次，緊扣“物質循環概念”這個支架，搭建第2 個知識層級。以DDT 的分布資料和核輻射的分布資料（資料1：施用農藥DDT 的地區，雖然占陸地面積的小部分，可是在遠離施藥地區的南極，動物體內發現了明顯高于環境含量的DDT；資料2：2011 年日本福島縣發生里氏9 級地震，導致該縣核電站反應堆發生爆炸，核蒸汽泄漏。核輻射物質隨風傳播至中國大陸、俄羅斯等廣泛地區），引導學生進行情境式體驗，開展師生間協作，構建“物質循環概念”模型。最后，再根據“生物群落概念”這個支架，對生態系統“物質循環概念模型”進行修正、完善，搭建第3 個知識層級，即“生產者、消費者、分解者和無機環境”四者間的物質循環模型。至此，學生在自主學習和協作學習中，借助概念模型的支架式構建，順利地完成了“生態系統物質循環”知識網絡的構建（圖2）。

圖2 “生態系統物質循環”知識網絡構建流程圖

通過概念模型構建，以評估學生的現有發展水平為起點，由淺入深搭建初始化教學支架，逐步細化至各層級知識點間的縱向聯系，直觀地反映生物學概念的本質內涵。

2 通過實例模型構建，搭建深化型教學支架

實例模型指運用模型構建的原理或方法可視化相關生物學知識，例如，概念圖、概率計算、樣方調查、細胞模型、DNA 的雙螺旋結構等[2]。利用實例模型構建實施支架式教學，教師要引導學生自主學習、合作學習和探究學習，使靜態的課堂演進成互動式對話課堂，使理論性的課堂演進成生命課堂。借助實例構建支架式教學流程，滲透良好的生態意識和健康文明的生活方式。基于實例模型的支架式教學能否反映生物學核心素養目標，關鍵在于通過鮮活實例的支架圖構建，使學生獲取解決生產、生活問題的擔當和能力。

例如，在“生態系統的物質循環”一課的實例拓展（碳循環）教學中，首先，依托關鍵問題“無機碳的存在形式是什么？”為支架，搭建第1 個知識層級，引導學生參照圖2 得出：在“無機環境和生物群落”構成的簡單模型中，碳元素主要是以CO2的形式流通的。一方面CO2主要通過光合作用進入生物群落，另一方面CO2通過生產者和消費者的呼吸作用、分解者的分解作用返回無機環境。其次，依托關鍵問題“有機碳的存在形式是什么？”為支架，搭建第2 個知識層級，引導學生參照圖2 得出：在生物群落中，碳是以含碳有機物的形式進行傳遞和流通的。最后，依托關鍵問題“化石燃料如何生成和分解？”為支架，搭建第3 個知識層級，聯系現代工業的發展、人類大量燃燒煤、石油等化石燃料的事實，引導學生得出：生物群落中的有機碳，在地層中經過千百萬年的積存才能形成化石燃料，而人類的活動卻能在很短的時間內就將其釋放至無機環境，化石燃料生成和分解方式上的嚴重不平衡，是導致環境惡化（例如，溫室效應等）的根源，借此幫助學生建立崇尚健康文明的生活方式，引導他們成為健康中國的促進者和實踐者（圖3）。

圖3 “碳循環”知識網絡構建流程圖

通過分步設置關鍵問題作為支架，搭建碳循環模型支架圖，使教學有條不紊地層層推進，這不僅有助于學生思維張力的保持，也有助于凝聚課程的基本問題，避免教學的碎片化。

3 借助學生的實踐類模型，測評和反饋教學成效

實踐類模型指在模型構建教學過程中，教師根據學生完成的情況，從每個活動小組中挑選出具有典型特征的模型構建圖，組成教學反饋案例進行現場教學測評與反饋。在模型構建的支架式課堂教學效果評價中，通過從學生實踐的過程中組建一系列模型構建案例，既能直觀地建立知識和考查2 種方式間的聯系，實現由所學知識理論到試題文本的知識遷移；又能借助此種形式，使相關生物學問題的內涵與外延變得更清晰，讓學生的學科核心素養在尋求答案時得到檢驗。

評價教學體系端就是依據教學目標對教學過程中的各種因素及其綜合結果作出科學判定。旨在為進一步改進教學工作提供可靠依據，使教學按一定的方向和水平有序地達到既定目標[3]。在“生態系統的物質循環”一課的評價教學體系端，教師可依據現場學生完成的相關模型，組建試題文本。例如，筆者在現場實施完此課后，以“生態系統物質循環模型”為焦點，現場從學生構建的模型中，組建了下面這道檢測題。

下面是3 位學生分別構建的不同層次的生態系統碳循環示意圖，請先仔細分析3 個模型構建圖，然后找出錯誤的選項（）。

A.3 幅圖中生產者都是A

B.圖甲中C 能促進生態系統的物質循環和能量流動

C.圖乙中A、B、D、E 構成群落，碳在其中流動的形式是有機物

D.若使圖甲、圖乙、圖丙完整表示碳循環，需補充化學燃料燃燒產生CO2

該題的答案為A。此題的創設依據來源于新課程標準學業要求：“使用圖示等方式表征并說明生態系統的物質循環、能量流動和信息傳遞的過程和特征，并對相關的生態學實踐應用作出合理的分析和判斷”[1]。此題的關鍵詞是“碳循環”，解題的思維遷移是搭建如圖3 所示的“碳循環模型”構建圖，通過彼此間的對比、觀察，即能得出答案。這種考查方式，更符合學生思維發展水平，更容易實現知識的遷移，也更容易檢驗學科核心素養的發展水平。借助學生的實踐活動提煉、組建試題，能起到現場解決學生學習疑惑的功能，同時也間接地反饋了這節課的教學效果。