浅谈生物学概念教学方法

例谈生物学概念教学有效性方法[摘要]：通过生物学概念教学案例分析，形成了模型方法、概念图方法、修辞方法、语法分析方法四种生物概念教学方法，以期提高有效性。[关键词]：例谈生物学概念、教学有效性方法概念反映的是事物的本质属性，是人们对事物本质属性的反映。生物学概念是生物学现象，生理过程和生命规律的高度概括，正确理解概念是掌握生物基本知识和基本技能的基石。能否充分理解和正确运用生物学概念，直接关系到教材中重点知识的掌握和难点知识的突破，直接影响学生对生物学现象的判断和推理。通过教学实践，笔者对生物学概念教学案例进行了整理，有一些心得，形成以下文字和同行分享。1、模型方法“模型”是人们按照科学研究的特定目的，在一定的假设条件下，用物质形式或思维形式再现原型客体的某种本质特征，如客体的某种结构（整体的或部分的）、功能、属性、关系、过程等等。有的借助具体的实物或其他形象化的手段,有的则通过抽象的形式来表达。在实践教学中主要有物理模型、数学模型、概念模型，通过构建模型和直接认知模型来把握生物学概念，是当前课改实践中的常用科学方法。1.1物理模型“以实物或图画形式直观地表达认识对象的特征”就是物理模型。用鲜明和深刻的物质形式再现概念的某种本质特征，一方面能丰富了学生感性认识，激起学生极大的好奇心和兴趣，另一方面让抽象变得具体，让概念能“活起来”。如在复习“细胞器”时会遇到了很多的概念，我牢牢抓住细胞结构的物理模型实施教学。先让学生完成“任务一：画出一个动物细胞结构图”，然后补充为低等植物细胞图，再补充为高等植物细胞图。在这个过程中，让学生明确了各细胞器的形态及其在动植上的分布。“任务二：观察结构图，从不同角度对细胞器分类”，“任务三：在图上标出分泌蛋白的形成过程”，这两个任务也是建立在细胞结构图的基础上完成的。借助“细胞结构”这个物理模型，任务衔接自然流畅，学生自主性高、兴趣浓，概念逐一突破，把握有效。又如在探讨“生物膜的流动镶嵌模型”时，利用生物膜结构的科学发展史，引导学生分别画出“水--空气”“水---水（类似细胞膜的环境）”界面双层磷脂的排列方式，结合罗伯特森电镜下细胞膜暗--亮--暗的三层结构和人鼠细胞融合的实验推出磷脂和蛋白质的排列方式，最后得出生物膜的流动镶嵌模型。在建模过程中，学生思维活跃，参与度高，过程化、直观性的掌握了“生物膜的流动镶嵌模型”。除了引导学生采用图画的形式以外，还可以借助实物构建模型。如在学习“DNA重组技术的基本工具”时，利用不同色的两纸条分别表示质粒和目的基因，中间的小孔表示氢键（见下图），用剪刀表示限制酶，双面胶表示DNA的连接酶模拟“重组DNA分子”的过程。让学生在动手中模拟过程，体验各工具的作用，让他们不易混淆和遗忘各工具酶的作用（见图一）。又如学习“有丝分裂的过程”和“减数分裂的过程”时难度很大，怎样把抽象的染色体和DNA变得直观形象呢？开始笔者采用火柴棒表示染色体，火柴棒棒头表示着丝点，要求学生用铅笔勾画出细胞的轮廓，设2N=4，用火柴棒表示出染色体在分裂期各时期的位置、数目的变化（见图二）。通过学生自己思考，自己动手参与有丝分裂过程模型的构建，使有丝分裂过程变得生动形象，同时也极大的丰富了学生的形象思维和创新思维。后来在“减数分裂的过程”模型中，有学生采用毛线表示染色体，而着丝点更是精彩纷呈，有双面胶、小贴纸、颜料等（见图三）。学生做出来的模型是令人鼓舞的，他们的作品常常带给我很多的快乐，让我看到了他们活跃的思维，丰富的联想能力和潜在的创造力。但在课堂上构建物理模型也有所限制，往往会出现各种意想不到问题，还可能导致在课堂时间内不能完成模型。一旦延迟到课后，建模的效果、学生的成就感、模型评价的效果就大打折扣。面对这些问题，笔者有一些反思：在教学设计上，模型欲设及材料准备上应该以简单化、可操作为原则，同时要对时间做出欲设；课前，应对材料进行欲处理，建模材料应准备到位，切忌临时取材，慌手慌脚；上课时，少涉及无关细节、无效的问题，应激情饱满，积极发挥应变和组织能力，快速的应对出现的问题，注意理顺课堂的主要目标和次要目标，以保证课堂的完整性。而课余布置的物理模型，尽可能的让学生发挥，注重模型的创新（如材料）和模型的艺术性，对学生模型中的亮点应激励评价，并对优秀作品进行展示。如学校的实验展示柜、教室都是展示的好的地方。此外，还可以利用照片保存作品在以后的教学中留用。除了构建模型以外，我们还可以利用生物技术装备公司提供的实物模具，及网络媒体提供的平面的、立体的、动画的模拟图片和视频等直观性物理模型，达到明确生物学概念的目的。因为这些模型往往不是生物专业人士制作，所以在选用时一定要注意模型的科学性。如“转录”和“翻译”等过程性概念，在FLASH动画中常有科学性问题。遇到这种情况时，笔者就让学生来修改或指出模型的错误，实现对模型的优化处理。1.2数学模型“数学模型是用来描述一个系统或它的性质的数学形式”。通过“数学化构造数学模型”的过程来认识生物学概念的方法，称为数学模型方法，其主要表现形式有等式或不等式（用字母、数字和其他数学符号构成）、数理逻辑的图表（曲线图、集合图示等）等。如学习“蛋白质的形成”时，对于肽链的肽键数、分子量、所需密码子的个数，脱氧核苷酸数等的计算，实质就是引入了数学等式进行的分析。类似的学习还有“DNA分子的结构”和“DNA分子的复制”中碱基数、链数等的计算，种群基因频率和基因型频率的预测，食物链中个各营养级的能量传递预测和分析等等，这些概念都可以采用数学模型来研究和分析。这种数学模型对生物概念描述严谨精确，往往要借助物理模型进行逻辑推导，对学生的计算能力也有一定的要求。在教学中，要渗透数形结合的意识，适当引入数学中拆分、合并、合分比等概念。直观的数理逻辑图表也是生物概念教学的好方法。如学习“种群数量变化”时，笔者展示一个刚吸空牛奶瓶，问“几节课后，瓶中的某种细菌的数量会怎么样变化？请以时间作横坐标，细菌数量作纵坐标画出曲线。”这样“J”型曲线就出来了，认识到细胞以指数级函数增长，其繁殖率大于死亡率。“伴随残余牛奶减少，接下来的一段时间里，细菌的数量又会怎样变化？”这时就有了“S”型曲线，明确该曲线的特点是出现“K”值。紧接着趁热打铁进行思维发散，问“较长时间后，曲线又会怎么样？”，到这时一幅微生物的“生长曲线图”就赫然纸上了。借助情景进行类似分析的概念还有“血糖平衡的调节”（可就正常、进食2小时、空腹、注入胰岛素等情况进行曲线分析）、选修三中“卵裂期的特点”（可对卵裂球和单个卵裂细胞的体积变化、DNA数量变化、有机物的变化进行分析）等等。数学曲线图直观形象，培养了学生思维的广阔性、灵活性。在实际教学中，需要我们多方向，多角度发挥这种方法的积极作用。对存在交集和包含或所属关系的生物学概念，可以借助数学集合图加以区分和辨析。集合图又称韦恩图，概念越多，表现形式越复杂，基本形式有三种：包含型、交集型、复合型（分别以图四、五、六表示）。如“组成细胞中的元素（最基本元素、基本元素、主要元素、大量元素）”，“生命的结构层次（细胞、组织、种群等）”等概念构成多层包含关系；如“激素、酶、蛋白质”“脱氧核糖核酸与核糖核酸的组成”等概念构成交集关系；生物分类学中的概念常常既有包含关系又有独立并列关系，构成复合型概念图，如原核生物、蓝藻、细菌和乳酸菌等概念。通过数学集合的思想，借用图形，使各个概念好记忆易理解。在使用时可以对形式进行改变（如圆（椭圆）形、方形、棱形等图形的交叉使用），推陈出新使学生对集合方法更为注意。1.3概念模型概念模型是指“以文字表述来抽象概括出事物本质特征的模型”。概念模型较为抽象,在实施过程中，趣味性和直观性不高,使用频率上不如物理模型和数学模型。构建概念模型有两种基本方法：一是从大量具体例子出发，从学生的实际经验的肯定例证中，以归纳的方法概括出一类事物的本质属性，即归纳式概念学习方法。如必修一中“生命活动离不开细胞”这一概念的形成就是这种形式。另一种是利用学生认知结构中已有的生物概念，以文字定义的方式直接揭示新概念的本质属性，从而获得新概念的过程，即同化式概念学习方法。笔者在教学中主要研究的是同化式概念学习方法，下面以案例加以说明。如在“ATP的主要来源---细胞呼吸”一节中概念很多，我采用“方式转换，文字提炼，重复模拟，概念同化”的模式，在认知有氧呼吸和无氧呼吸的基础上，直接揭示了细胞呼吸的本质。具体做法是：让学生把教材P93“图5-9有氧呼吸过成的图解”转化为三个阶段化学公式模型，合并为一个化学总式后，引导学生把反应物、条件、产物、产物的作用进行文字化“串联”，即把总式转化成文字形成抽象的概念，并提取概念核心词，明确有氧呼吸的实质；对无氧呼吸两种类型的学习也采用把公式转化成文字形成概念，再提取概念核心词的方法，明确无氧呼吸的原理和实质；最后把“有氧呼吸”“无氧呼吸”两概念综合对比，进行文字模拟建模，得到“细胞呼吸”的概念，在明确“有氧呼吸”“无氧呼吸”差异性的同时，抓住了“有氧呼吸”“无氧呼吸”的共性即“细胞呼吸”的本质，获得了新的概念，顺利实现了概念的同化。笔者认为很多概念组都适用这种方法，如“同化作用”“异化作用”“新陈代谢”，“光合作用”“化能合成作用”“自养生物”等。通过让学生主动获取概念，极大的提升了学生的模拟能力、语言表达的能力，同时引导着学生以科学方法对知识进行理性的概括。此外文献资料的合理利用，也可以很好构建概念模型。如光合作用的发现史就可以构建光合作用概念模型：海尔蒙特的柳树实验说明其原料有水，谱利斯特利实验和英格豪斯实验得到原料有二氧化碳产物和产物有氧气，萨克斯实验证明在有光的条件下产生淀粉，恩格尔曼实验场所在叶绿体，通过文献资料的串联分析后，就可以让学生以文字表述来概括光合作用的概念，而这一方式也很好的进行了概念模型的构建。如“酶的本质”、“现代生物进化理论的内容”、“向光性”等知识也可以借助这种方法进行概念建模。当然这也要求我们在平时的教学中，要注重对生物发展简史的积累和有机结合，要有甄别科学的、针对性强的发展史的能力。2、概念图方法有基本理论说“知识的构建是通过已有的概念对事物的观察和认识开始的”，在这个理论下，产生了概念图的方法。概念图是一种用节点代表概念，连线表示概念间关系的图示法。通过建立概念网络，不断地向网络增添新内容，有助于学生创意发想，激发学习动机，创造新知识，形成有意义的学习过程，学习更有意义。根据常见概念图的呈现形式，笔者认为概念图包括以下几部分：命题（概念词和连接词）---在概念之间建立起有意义的联系，可以形成陈述性的结论语句，如例子中的“种群密度直接影响种群数量”就是命题；层次（分支）---最高层的概念分解成若干有效的概念，如实例中的“物质进出细胞（最一般概念）”分解为“被动运输”和“主动运输”（具体概念），最后“举例”（最具体的概念）；交叉连接（复杂概念图具备）----同层次概念之间有效的联结整合，关键词连接的同层次的概念，形成陈述性语句。概念图的建构可大可小，如“蛋白质”和“核酸”可以从生命物质的角度构建小概念图，也可以以“遗传信息”为核心构建一个包括蛋白质和核酸在内的大概念图。其形式也多样化，下面是几种常见的概念图形式：发散式、树式、分布式（可分解为几个小概念图）等，有学者（刘恩山）认为“韦恩图、流程图、循环图也属于概念图的范围”。目前的教学中，有两种建概念图的方式。一是开放式，可分两种，一种为不完全开放，如在2005年湖南省生物奥赛初赛中“要求：一幅图中要包含下列所有概念，并穿插适当的关联词。体液调节、激素调节、神经调节、性行为、照顾幼子的行为、先天性行为、后天性行为、趋性、印随、本能、模仿、非条件反射、条件反射”，给出相关概念，找到它们的逻辑关系构建概念图；另一种为完全开放式，如2009年湖南省普通高中学业水平考试样卷最后一题“请你从下列三个概念中选定一个。找出与之相关的概念，画一个合理的概念图。”，“供选概念：A.免疫B.种群C遗传信息”。开放式概念图要求学生自主构建概念图，对学生的能力要求较高，这种方式