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1、基于模型建构的初中生物概念教学研究?义务教育生物学课程标准2021年版?突出50个重要概念.生物学概 念的形成并不是一个被动的接受过程,而是一个主动的建构过程,是学生在自 己的头脑中建构与开展生物学认知的过程.对一些无法通过实验直接建构的概 念,模型不失为一种 四两拨千斤的方法.笔者带着名师工作室成员进行了相 关的课题研究,现结合实践谈谈对模型建构概念教学的一些思考.一、模型建构的概念类型 一一哪些概念需要运用模型来建构一第一 类：微观的概念这类概念的原型是微观的、肉眼看不到的、学生难以想象的.由科技馆中的生物模型得到启示,用橡皮泥、废电线、毛线等制作放大版模型,舍弃其中非本质的细节,以简化、
2、直观、放大的形式建构模型,呈现 各种复杂结构、功能和本质,可以使微观的概念清楚呈现.如细胞、神经元、 小肠绒毛等.二第二类：宏观的概念这类概念的原型比拟宏观,学生难以整体把握,制作缩小版的模型,让概念的各局部结构得以整体呈现,便于学生发现、归纳、总结出实质.如在 生 态系统的学习中让学生制作 生态瓶,通过 缩小版池塘生态系统分析出生态 系统的内涵和外延.三第三类：抽象、动态的规律此类概念教师常用的方法是图解法,由于缺乏体验,理解起来有些费力. 采用理想模型法工让学生移一移、动一动、拼一拼、摆一摆,化静为动,化 抽象为具体,在体验中构建概念.如在人类性别决定中,可利用卡纸制作X、Y染色体图像模型
3、,通过模拟 生宝宝活动体验性别遗传的过程.四第四类：周期长的生命现象、自然现象自然选择生物适应环境等过程是周期长、复杂的生命现象,这些概念中 不变中有变,利用多媒体技术制作课件,学生真正动手的时机还是不多,对概 念的理解大多处于一知半解状态,利用模型法让学生模拟其过程,可让其在玩 中发现.二、模型建构概念的方法 一一如何运用模型建构概念一类比联想 法揭示本质,把握内涵类比是一种逻辑推理,它通过联想,把异常的、未知的事物比照寻常的、 熟悉的事物,然后依据两个对象之间存在着的某种类似或相似的关系,从 对象具有的某种性质推出未知对象具有相应的一种性质.在教学中,我们可巧 妙地创设属性相同的模型制作活
4、动,让学生体验,然后通过类比联想的方法, 将所得的体验与将学习的新概念联系起来,构建新的概念体系,使难点不攻而 破.案例1制作五珠蛇蛋白质种类教学片段红红蓝黄绿、蓝蓝黄绿红 教室里学生交流着自己做好的一条条 蛇 在学习 蛋白质种类时,老师神秘地拿出了许多红、绿、蓝、黄四种颜色能拼 装的珠子,让学生用任意五颗珠子拼装 蛇.两分钟后,学生惊奇地发现：拼装出来的五珠蛇各不相同.假设给你足够的时间,你能制造出多少种五珠蛇老师不失时机追问道.“45=102种.学生很快计算出.有20种氨基酸能合成蛋白质,假设每种蛋白质是由 200个氨基酸组成 的,可能有多少种蛋白质 “20210 弋 1.607 X 10
5、260实际上,蛋白质不止由200个氨基酸组成,蛋白质的种类是无止境的.在这个案例中,教师让学生在拼装 五珠蛇的过程中去体验、观察、计 算、分析、类比、联想、发现.将抽象的概念具体化、形象化.在生物教学 中,借 模型来构建 概念体系,采用类比联想的方法,可起到化难为易、化抽 象为具体、化腐朽为神奇的效果.二等效代替法一一以熟代生,以简代繁当生活中模型与概念原型的作用效果相同时,可以相互之间进行等效替 代,使概念理解变得简单易懂.案例 2模拟骨骼的作用【活动内容】模拟骨骼的作用.【活动目的】通过伞的结构和收放研究,体验人体骨骼的作用.【材料用具】伞如图1.【活动步骤】翻开一把伞,伞面朝下放置,仔细
6、观察伞的内部结构.收起伞,体验在收伞过程中伞柄和伞架是如何折叠的.预测暴风雨时,假设使用一把没有伞架的伞,会发生什么情况推理：伞架的作用是什么伞架和人体骨骼有哪些相似之处又有哪些 区别案例2中用学生熟悉的 伞的结构与人体骨骼进行等效替换,这种等效替 换 以熟代生以简代繁,让学生更清楚地熟悉和把握概念的内涵,找到学习的 途径和方法.三理想模型法一一宏观、微观、概念的统一理想模型法是以研究模型的方法来揭示概念的本质,是一种以简化直观的 方式来显示复杂、微观、抽象的生物过程的手段.让学生在操作、观察、想象、类比等过程中理解生物现象的本质.其具体流程是：初制模型-交流展示归纳总结一精制理想模型-使用理
7、 想模型案例3人类的性别决定【活动内容】模拟人类性别遗传的过程.【方法步骤】1 .初制模型课前布置实践课题,自己选择材料制作男女体细胞性染色体模型.2 .交流展示归纳总结课堂伊始,由各组交流自己的制作成果：有乒乓球的、有橡皮泥的并说明制作的理由,从中发现男女体细胞性染色体的不同.3 .精制理想模型组织学生用剪刀在卡纸中剪出多个 X、Y染色体备用,并摆弄、拼装出男女 体细胞性染色体的 理想模型(如图2).4 .使用理想模型(1)理想模型使用一一一模拟生宝宝准备2个纸盒,标上标签父亲、母亲, 父亲纸盒中放入剪下的X、Y染 色体各一个, 母亲纸盒中放入剪下的两个X染色体.两人一小组,各代表父亲、母亲
8、,在相应的纸盒中各随机抽取一染色 体,判断 宝宝的性别,重复10次,从中发现生男生女是由父亲提供的染色体 决定的.统计全班的 宝宝性别,发现生男生女比例相等.(2)理想模型使用二一一构建遗传图解利用剪下的多个X、Y染色体构建遗传图解,实现由现象到本质、感性到理 性的升华.在案例3中,从学生对微观生物世界的好奇入手,与学生一起制作男女体 细胞性染色体模型,再以这些 理想模型为媒介,在一次次 观察“想象摆 弄拆分组合等活动中将研究深入,帮助学生轻松揭示概念本质.(四)具象分析法一一原型的 再现具象分析法是指把概念的原型按比例放大或缩小制成模型,通过模型的研 究来发现概念本质的方法.案例4瓶子里的世
9、界【活动内容】模拟生态系统.【活动目的】通过 陆地生态系统模型研究,熟悉生态系统的组成和成 分.【材料用具】剪好洗净的透明废弃大号饮料瓶、碎石、木炭、泥土、苔 薛、植物、塑料匙、透明保鲜膜、大橡皮筋.【活动步骤】1 .建立模型课前1周制作陆地生态系统工方案如下(如图3) : (1)将碎石铺在剪 好洗净的透明废弃大号饮料瓶底部,撒上一两勺木炭,在碎石和木炭上铺上厚 厚的泥土,压实.(2)种上两株植物,将植物茎周围松散的泥土拍实,用水浇直到碎石层被 水分浸湿.(3)将苔葬覆盖在泥土上,包括植物茎的周围,浇少量的水,放入 两条虫子.(4)用保鲜膜和橡皮筋把生态瓶裹起来,放在明亮的地方,防止阳光直 射
10、.2 .观察分析将制作的生态系统模型中所有生物因素和非生物因素列举出来.3 .对照预测制作多个相似的生态瓶,变化其中的动植物数量,观察现象的不同,预测 各成分在生态系统中的作用.用具象分析法建构概念,将概念的原型通过放大或缩小的形式 重现在学 生面前,便于学生进行细致的观察研究；同时变 静为动,在模型的制作过 程中更好地熟悉原型.五抽象分析法一一拨开云雾见青天生物学中有些概念很 迷糊,学生学起来会感到比拟迷茫,思维受阻,这 时,变具体的概念原型为抽象的数学模型或概念模型,会让学生茅塞顿开.案例5摆弄出的精彩生态系统具有一定调节水平教学片段原来生态系统还能进行自动调节 教室里学生顿悟道.在 生态
11、系统具有一定的自我调节水平这一概念的教学中,笔者呈现了最 简单的 草原生态系统引出话题：今年风调雨顺,草地长得特别好,老鼠会 无节制增加吗老鹰数量又会怎样变化活动1:组织学生构建草、鼠、鹰数量变化的概念模型如表1.活动2:根据概念模型,组织学生利用白磁板、彩色磁铁进一步构建草、 鼠、鹰数量变化的数学模型,经过摆弄、交流、纠正、重摆后一下子变得简单 了,学生很快发现了规律如图4.案例5中,用抽象的数学模型建构具体的生物概念,使三种生物数量的发 展趋势得以清楚呈现.运用抽象分析法,将概念抽象成概念模型或数学模型, 有助于更清楚地把握生物现象的状态变化,预测开展的趋势,有助于打破常 规,进入新的创造
12、性学习的境地.三、模型建构概念的原那么一一模型建构概念要注意什么一主动建构原 那么我听见了,就忘记了；我看见了,就领会了；我做过了,就理解了. 这 是美国华盛顿大学的一个条幅,它说明亲身实践的重要性.在模型建构概念 中,要引导学生主动建构模型,让建构实践与概念探究相结合.而那些为了节 省时间,将模型直接呈现在学生面前,这种 记模型的教学行为不仅不利于概 念的形成,而且还加重了学生的负担.二有利于理解原那么模型方法的使用要有利于学生理解概念.要根据概念类型合理地利用不同 的方法最有效地建构概念,让学生通过观察、制作、分析、归纳、抽象、概 括、类比、联想等获取信息,到达对概念最高效的理解与构建.三简易、简化原那么模型的制作要遵循简易性原那么,要考虑到可操作性,尽量选用易获取的材 料,如价格廉价的材料、生活中常用的材料、废弃的材料等.模型的设计还应遵循简化性原那么,简单又有针对性,保证课堂教学时间和 教学准备的支出最经济、最有效.过于繁杂的模型课堂达成度会大大下降,学 生的兴趣会降低.在模型建构概念的过程中,在形式上是学生积极参与,实质上是思维的积 极参与.在师生共同建构的过程中,为成功搭建了阶梯,通过分析、比拟、归 纳、判断和推理等思维活动,促进了概念的正确建构与思维水平的培养.