科學思維視域下開展生物學概念模型教學的研究

【摘要】在義務教育階段，教師應注重學生核心素養的培養，增強學生掌握生物學概念和實驗探究的能力。在初中生物學教學中，教師應用概念模型教學的方式，有利于培養學生的抽象概括能力，對學生建構生物學知識體系有著重要的意義。文章結合初中生物學教學實際，分析科學思維視域下開展生物學概念模型教學的實踐方式。

【關鍵詞】科學思維；初中；生物學；概念模型教學

作者簡介：陳丹丹（1981—），女，江蘇省南通市通州區先鋒初級中學。

學生在初中階段建立對生物學的初步認知，掌握生物學的學習方法具有重要的意義。科學思維視域下的概念模型教學，可有效地培養學生的生物學學科核心素養。

一、基于學生認知需求，梳理生物學概念模型教學的流程

科學思維視域下的生物學概念模型教學應以學生的認知能力和認知需求為出發點，引導學生經歷從個體到一般、從局部到整體的科學探索過程，從而讓學生在完整的科學推理過程中獲取對生物學知識的直觀感知，建構生物學概念模型。

（一）梳理邏輯關系

建構生物學概念模型的目的在于梳理生物學概念之間的邏輯關系，從科學思維的角度理解和記憶生物學的相關概念。科學思維視域下建構生物學概念模型的主要環節是總結生物生命活動中的原理、規律及特征，進而梳理其中的邏輯關系。

以人教版生物學七年級上冊“細胞的生活需要物質和能量”的教學為例。首先，筆者引領學生對細胞的各種結構進行梳理總結，歸納出細胞核、細胞質、細胞膜、細胞壁、線粒體、葉綠體以及細胞核等基本概念。其次，筆者引導學生在梳理細胞的各種結構的基礎上分析不同結構的不同功能，如細胞膜控制細胞內外的物質交換，比如水、無機鹽以及有機物的進出；葉綠體可將光能轉變為化學能，并將化學能儲存在它所制造的糖類等有機物中；線粒體相當于汽車的發動機，可將細胞中一些有機物的化學能釋放出來；細胞核控制著生物的發育和遺傳。最后，通過對生物學概念進行梳理和歸納，學生可以科學的視角對生物的生命活動過程進行分析，并從細胞結構、作用以及作用過程和原理等方面建構生物學概念模型，深化對生物學概念的理解。

（二）整合零散知識

建構生物學概念模型，應基于科學思維進行整合，形成完整的知識體系。在這一環節中，教師更重要的是引導學生對零散的知識內容進行科學歸納。

以人教版生物學八年級下冊“基因、DNA和染色體”的教學為例。首先，筆者引導學生整合較為零散的知識點，包括基因、染色體以及DNA等不同概念及其之間的聯系。如染色體的概念可以整合為DNA和蛋白質組成的遺傳信息庫。其次，筆者在此基礎上引導學生探討不同原因導致的遺傳病類型。最后，筆者鼓勵學生嘗試制作染色體和DNA的關系示意圖，從而助力學生建構完善的生物學概念模型。

（三）反思和調整

反思是科學思維的重要方面。教師需要引導學生聯系生活，對尚不完善的生物學概念模型進行反思和調整，從而強化學生的科學思維［1］。

以人教版生物學七年級上冊“植株的生長需要營養物質”的教學為例。首先，筆者引導學生建構植株生長的過程及其生長所需的條件的生物學概念模型。在此基礎上，學生得出“不論是細胞數量的增多，還是細胞體積的增大，都需要不斷地補充水、無機鹽和有機物”的結論。其次，筆者結合生活現象，如植株葉片發黃、矮小瘦弱、倒伏等，引導學生反思植株為什么會出現上述癥狀。再次，通過學習、討論，學生認識到植株生長需要含氮的、含磷的和含鉀的無機鹽，如果缺少某種無機鹽，植株就不能正常生長。最后，筆者引導學生調整生物學概念模型的建構，從而完善生物學概念模型。

二、聚焦學生認知特點，拓展生物學概念模型教學的途徑

教師在科學思維視域下開展生物學概念模型教學，應充分調動學生的主觀能動性，為學生提供自主探究的課堂學習情境，從而促進學生科學思維的發展。教師可基于學生的認知特點，通過創設情境、合作學習以及遷移應用等方式，拓展生物學概念模型教學的途徑。

（一）創設情境

教師要通過創設情境等方法，有意識地調動學生的積極性，激發學生的學習興趣和熱情，增強學生自主探究的動力，從而助力學生在自主探究的過程中建構完善的生物學概念模型［2］。

以人教版生物學七年級上冊“植物對水分的吸收和運輸”的教學為例。首先，筆者通過多媒體設備展示蘇鐵、銀杏、紅豆杉等常見的裸子植物。其次，筆者創設問題情境：“紅豆杉可用于提煉紫杉醇，而紫杉醇對于防癌抗癌起著有效作用。因此，大量的紅豆杉被剝掉外皮，導致樹木死亡。為什么紅豆杉被剝掉外皮后，會出現死亡的現象？”最后，筆者引導學生自主探究，讓學生直觀地認識韌皮部的運輸功能，助力學生建構完善的生物學概念模型。

（二）合作學習

科學思維視域下的生物學概念模型教學十分注重對學生思維的引導。教師可通過調動課堂氛圍、組織學生合作學習等途徑，促進學生碰撞思維、發散思維，從而實現多角度地、全面地建構生物學概念模型。

以人教版生物學七年級下冊“神經調節的基本方式”的教學為例。首先，筆者引導學生合作開展膝跳反應的實驗。學生兩人一組，一人作為受試者坐在椅子上，一條腿著地，另一條腿自然地搭在著地的腿上；另一人用手掌內側的邊緣迅速叩擊一下受試者上面那條腿的膝蓋韌帶，同時觀察這條腿有什么反應。其次，筆者引導學生討論實驗結果，從而得出“人體通過神經系統，對外界或內部的各種刺激所發生的有規律的反應，就叫反射”的結論。再次，筆者引導學生在此基礎上，研究反射的結構基礎—反射弧。學生合作分析，認識到“反射是通過一定的神經結構—反射弧完成的”。最后，筆者鼓勵學生合作繪制反射弧的結構模式圖（如圖1所示），從而建構科學思維視域下的生物學概念模型。

（三）遷移應用

教師應有意識地引導學生基于生物學概念模型解決實際問題，從而提高學生思維的靈活性與敏捷性。

以人教版生物學七年級下冊“尿的形成和排出”的教學為例。首先，筆者通過多媒體設備展示泌尿系統的組成示意圖，從而引導學生認識泌尿系統是由哪些器官組成的。其次，筆者通過多媒體設備展示尿的形成過程示意圖，讓學生討論腎小球、腎小囊、腎小管的作用。再次，筆者聯系生活，引導學生分析健康人的尿液中有沒有葡萄糖。最后，學生明確腎小管有重新吸收的作用，當健康人的原尿流經腎小管時，全部的葡萄糖、大部分的水和無機鹽就被腎小管重新吸收。因此，健康人的尿液中沒有葡萄糖。

三、指向學生的認知過程，探析生物學概念模型教學的策略

科學思維視域下生物學概念模型教學的策略應注重學生的認知過程，同時為學生提供科學的思維方法，讓學生經歷完整的知識認知和模型建構過程，從而強化學生的科學思維。

（一）分析數據

分析數據是學習生物學必不可少的能力。學生需要對數據進行分析，從而準確歸納與概括生物學知識。因此，教師應該有針對性地設計課堂中的數據分析環節，發展學生的科學思維。以下列選擇題為例。

青蒿素（可從黃花蒿中提取）作為抗瘧藥品推廣后，黃花蒿種植發展迅速。某研究小組探究“氮肥濃度對青蒿素產量的影響”，得到如圖2所示結果，下列分析正確的是（）。

A.氮肥的濃度越高，青蒿素的產量越高。

B.本實驗無法確定450千克/公頃以內氮肥的最佳施用濃度。

C.氮肥濃度為450千克/公頃時，青蒿素產量大于其為150千克/公頃時。

D.氮肥濃度大于300千克/公頃時，對青蒿素產量起抑制作用。

針對這一問題，筆者先引導學生回顧植物生長與肥料之間的關系，再結合題目的數據建構生物學概念模型。通過建構生物學概念模型和分析數據，學生可得出結論：氮是植物生長必不可少的元素，但是氮肥濃度過高反而可能對植物的生長起抑制作用。

（二）探究實驗

批判性思維與創新思維不僅是學生發展進步的基礎，還是一種重要的科學思維方式。教師在課堂設計的過程中應注重培養學生的批判性思維和創新思維。在生物學教學中，教師組織學生開展探究實驗，有利于拓寬學生的思維空間，有效培養學生的批判性思維和創新思維。

以人教版生物學七年級上冊“種子的萌發”的教學為例。筆者組織學生開展探究實驗，讓學生對種子萌發的條件進行模型建構。首先，筆者向學生提出問題：“在什么樣的條件下種子才能萌發呢？”其次，筆者引導學生作出假設，如種子的萌發需要水分、空氣以及溫度等。再次，筆者引導學生合作設計實驗方案。在此基礎上，筆者為學生補充實驗組和對照組的有關知識，幫助學生完善實驗方案。最后，學生分組按照實驗方案進行實驗，認真記錄種子的萌發情況，并得出“適宜的溫度、一定的水分和充足的空氣都是種子萌發所需要的條件”的結論。此時，有的學生提出問題：“光照是不是種子萌發所需要的條件呢？”還有的學生提出問題：“滿足上述條件，種子一定都能萌發嗎？”筆者對學生具有批判性和創新性的問題表示贊賞，從而鼓勵學生進一步完善生物學概念模型。

結語

綜上所述，教師幫助學生建構生物學概念模型，有利于完善學生的生物學知識框架，為學生自主解決相關問題奠定基礎。教師需要在科學思維視域下優化生物學概念模型教學的策略和過程，有效培養學生通過抽象和概括建構生物學概念模型的能力，促進學生生物學學科核心素養的提升。

【參考文獻】

［1］莊大田.核心素養視角下提高初中生物學概念教學效率的策略［J］.名師在線，2021（8）：5-6.

［2］于妮.基于項目式學習的初中生物概念教學策略研究［J］.求知導刊，2023（5）：86-88.