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借助模型建構(gòu)概念 張慧敏 對科學(xué)教師而言，生命科學(xué)領(lǐng)域內(nèi)容的教學(xué)一直很棘手，一是因為很多內(nèi)容受學(xué)習(xí)條件、教學(xué)環(huán)境及教學(xué)時間的限制，難以讓學(xué)生在課堂上進(jìn)行直接觀察和深入探究；二是因為有些概念比較抽象，相關(guān)知識較為枯燥、乏味，學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和效率不高。如何開展有效的課堂教學(xué)并引導(dǎo)學(xué)生形成科學(xué)的概念和認(rèn)識呢？筆者認(rèn)為，借助模型建構(gòu)概念是一種易于小學(xué)生接受和理解的重要方法。 模型是根據(jù)已知的事實建立的，是對研究對象簡潔、仿真的表述。模型既是認(rèn)識手段，也是認(rèn)識的直接對象。借助模型開展教學(xué)，不僅可以將陌生的、非直觀和不確定的事物及思想轉(zhuǎn)換為熟悉的、直觀的、確定的東西，從而形成科學(xué)概念和認(rèn)識，還能使抽象的理論和知識具體化、豐富化，幫助我們更深刻、更直觀地把握研究對象的本質(zhì)和特征。 一、實物模型概念建構(gòu)的支撐點 感性認(rèn)識不足，是學(xué)生學(xué)習(xí)和理解科學(xué)概念的主要障礙。對于生命科學(xué)領(lǐng)域以觀察為主要學(xué)習(xí)方式的課來講，觀察對象形成了學(xué)生獲取感性認(rèn)識的學(xué)習(xí)環(huán)境，是形成科學(xué)概念的支撐點。但是，很多內(nèi)容所涉及到的觀察對象學(xué)生無法在課堂上直接觀察，教師除了采取讓學(xué)生課外觀察這一策略外，提供實物模型也是一種很好的教學(xué)方法。 例如三年級生物大家族單元的教學(xué)中，要讓學(xué)生比較蜻蜓與麻雀、鯽魚和青蛙、壁虎與小貓，找出它們的異同點，進(jìn)而歸納出昆蟲、鳥類、魚類、兩棲類、爬行類和哺乳類六大類動物的特征。這些概念的形成，顯然需要通過觀察和比較，使學(xué)生在充分獲得感性認(rèn)識的基礎(chǔ)上完成。教學(xué)參考書更是建議：教師應(yīng)該設(shè)法提供更多的直觀材料，方便學(xué)生觀察比較。比如提供蜻蜓、麻雀、壁虎的實物標(biāo)本，備好活體鯽魚、青蛙、小貓，也可以準(zhǔn)備一些圖片、影像資料，甚至可以在確保安全的前提下將學(xué)生帶出教室直接觀察。 可實際情況是，大多數(shù)教師在課堂教學(xué)中都是給學(xué)生提供圖片和影像資料進(jìn)行觀察。的確，多媒體技術(shù)給教學(xué)帶來了極大的方便，但也存在一些弊端，比如觀察不夠全面、細(xì)致和直觀，觀察效果不盡如人意，進(jìn)而導(dǎo)致概念建構(gòu)存在一定障礙。為了讓學(xué)生獲取更多感性認(rèn)識，幫助他們更好地建構(gòu)科學(xué)概念，我們學(xué)科教研組向?qū)W校申請了一筆經(jīng)費，除了購買一些標(biāo)本外，還購買了一些實物仿真模型，如小白兔模型、麻雀模型、小貓模型、恐龍模型等。進(jìn)行該單元教學(xué)時，教師給學(xué)生展示標(biāo)本和實物模型，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣立刻被激發(fā)出來，他們在認(rèn)真觀察、比較的過程中，很容易就總結(jié)出了六大類動物的特征。 夸美紐斯認(rèn)為：“一切知識都是從感官知覺開始的，一切知識都不應(yīng)該根據(jù)書本的權(quán)威去灌輸，要盡量利用感官去施教?！痹谌狈嵨锏挠^察課上，要使學(xué)生用感官獲取大量的感性認(rèn)識、更好地掌握科學(xué)概念，使用實物模型就是很好的選擇，因為它能夠創(chuàng)造一個符合教學(xué)需求的學(xué)習(xí)環(huán)境，促進(jìn)學(xué)生探索事物、挖掘問題、思考問題和解決問題，給科學(xué)概念的建構(gòu)提供一個較為理想的支撐點。 二、圖表模型概念建構(gòu)的支架 如果說觀察是科學(xué)概念形成的前提，是認(rèn)識的感性階段，那么比較就是理性認(rèn)識的開端，也是科學(xué)概念形成的主要方法。生命科學(xué)領(lǐng)域中，有許多觀察、實驗、測量活動都涉及到比較數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)的價值就在于真實地呈現(xiàn)事實，為科學(xué)概念的建構(gòu)提供證據(jù)、奠定基礎(chǔ)。 教師必須重視數(shù)據(jù)的收集與分析，讓學(xué)生學(xué)會用數(shù)據(jù)說話。小學(xué)生的抽象思維水平還不高，仍處于從具體運算到形式運算的過渡階段，有時很難通過比較數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)規(guī)律，這就需要教師將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成直觀的圖表。圖表就是形象化的理論模型，圖表模型可以為學(xué)生概念轉(zhuǎn)變搭建一個支架，幫助學(xué)生從中發(fā)現(xiàn)規(guī)律，順利形成相應(yīng)的科學(xué)概念。 我在執(zhí)教六年級代代相傳的特征一課時，要求學(xué)生分組觀察同學(xué)的相貌特征并記錄下相關(guān)數(shù)據(jù)，然后將數(shù)據(jù)輸入到事先設(shè)計好的表格中，自動生成條形統(tǒng)計圖（如圖1所示）。這樣，學(xué)生就對班級同學(xué)的相貌特征調(diào)查情況一目了然，從而有效地建構(gòu)起了遺傳這一概念。 我在執(zhí)教我們在成長一課時，將學(xué)生幾年來身高和體重的數(shù)據(jù)繪制成曲線圖（如圖2所示）。這樣，學(xué)生就對自己近幾年的身高和體重變化有了直觀的認(rèn)識，進(jìn)而對青少年身體生長發(fā)育的規(guī)律有了一定的了解。 在執(zhí)教植物長大了蠶幼蟲體長變化不同的土壤對植物生長的影響等內(nèi)容時，有效引入圖表模型能豐富學(xué)生的感性認(rèn)識，促進(jìn)學(xué)生認(rèn)識事物的本質(zhì)，開拓他們的探究思路，幫助他們建構(gòu)正確的科學(xué)的概念。 三、演示模型揭示科學(xué)概念的本質(zhì) 小學(xué)科學(xué)教材中有些內(nèi)容是不能直接感知的，需要教師引導(dǎo)學(xué)生反復(fù)感知，或研究相關(guān)事物的外部信息，抓住推理的突破口，間接推斷出事物的內(nèi)部構(gòu)造和機理，并在頭腦中加以再造想象，這一過程又稱作“解暗箱”。 生命科學(xué)領(lǐng)域的許多課都有體現(xiàn)“解暗箱”的過程。對于此類課，教師除了提供圖片、視頻等有關(guān)資料輔助教學(xué)之外，還可以通過建立演示模型來揭示事物的本質(zhì)，幫助學(xué)生建構(gòu)科學(xué)概念。 如四年級呼吸與健康一課，要求學(xué)生認(rèn)識呼氣和吸氣與胸廓的變化有關(guān)，教材的活動設(shè)計是這樣的：先讓學(xué)生嘗試平靜呼吸和深呼吸，再把手放在胸部感覺身體的變化，最后測量深吸氣和深呼氣時的胸圍，通過比較測量數(shù)據(jù)，讓學(xué)生認(rèn)識到呼吸時胸腔有擴張收縮的起伏變化。 該設(shè)計通過體驗和測量活動，使學(xué)生認(rèn)識到呼氣和吸氣時胸廓的確發(fā)生了變化，但到底發(fā)生了怎樣的變化，學(xué)生只能想象。但是，學(xué)生對呼吸的本質(zhì)還是沒有理解，怎樣幫助他們認(rèn)識呼吸的本質(zhì)呢？ 教師可以用演示模型來“解暗箱”，利用塑料飲料瓶、Y形玻璃管、氣球、橡膠塞等材料制作一個肺呼吸模型（如圖3所示），模型可以很好地解釋吸氣和呼氣時身體發(fā)生的變化。 塑料飲料瓶模擬胸腔，Y形玻璃管模擬氣管和支氣管2個小氣球分別模擬肺，瓶子底部固定一塊比較大的氣球皮模擬橫隔肌。 當(dāng)向下拉氣球薄膜（橫膈?。r，與Y形管相連的氣球（肺）會變大，說明肺吸入了氣體；向上推氣球蒲膜（膈?。cY形管相連的氣球（肺）會變小，說明肺呼出了氣體。用手捏塑料瓶，與Y形管相連的氣球（肺）會變小，說明肺呼出了氣體；松開塑料瓶，與Y形管相連的氣球（肺）會變大，說明肺吸入了氣體。 該模型不僅可以模擬膈肌的變化與呼吸的關(guān)系，還可同時模擬胸廓的變化與呼吸的關(guān)系，將呼吸的本質(zhì)揭示出來。這樣，學(xué)生不僅可以觀察到呼氣和吸氣時胸廓會發(fā)生變化，還可以搞清楚呼氣和吸氣時胸廓為什么會發(fā)生這樣的變化。演示模型的使用深化了學(xué)生的認(rèn)識，輕松地幫他們建構(gòu)起了呼吸的概念。 生理與健康單元還有許多類似的活動，如心臟怎樣搏動、血液怎樣循環(huán)、食物消化過程是怎樣的、神經(jīng)的分布及生理活動過程等，這些人體內(nèi)部狀況都無法直接觀察，教師可以通過建立演示模型幫助學(xué)生觀察。 四、概念模型形象呈現(xiàn)抽象概念 生命科學(xué)領(lǐng)域中的一些科學(xué)概念比較抽象，學(xué)生很難真正理解。對于這些概念的建構(gòu)，往往需要借助一些材料，將抽象的概念轉(zhuǎn)變?yōu)樾蜗蟮哪Ｐ?，運用形象的模型反映事物的本質(zhì)，幫助學(xué)生克服認(rèn)識上的困難，進(jìn)而在學(xué)生大腦中建構(gòu)起正確的科學(xué)概念。 食物鏈一課是六年級生物與環(huán)境單元非常重要的一個內(nèi)容，對于六年級的學(xué)生來講，他們課外通過多種渠道，對食物鏈已經(jīng)有了一定的認(rèn)識和了解，但并沒有完全理解食物鏈的含義，在教學(xué)過程中，如果教師幫助學(xué)生建立起食物鏈模型，無疑會加深學(xué)生對概念的理解。 教師PPT演示螳螂捕蟬的故事，然后提問：這些生物之間有什么樣的聯(lián)系？是什么把它們聯(lián)系起來的？了解了學(xué)生的前概念后，引導(dǎo)學(xué)生嘗試制作紙環(huán)串（如圖4所示）模擬“螳螂捕蟬”故事中的四種生物的食物聯(lián)系。學(xué)生在制作食物鏈模型的過程中，發(fā)現(xiàn)四種生物之間的食物聯(lián)系像一條鏈子。教師以文字與箭頭相結(jié)合的方式將制作的食物鏈模型記錄在黑板上。通過制作“螳螂捕蟬”的食物鏈模型，學(xué)生初步形成概念，初步認(rèn)識到自然界生物之間的食物關(guān)系是鏈狀的。 第二個環(huán)節(jié)：教師呈現(xiàn)草原上的生物圖片，引導(dǎo)學(xué)生分小組活動，每組學(xué)生依據(jù)草原上生物的食物關(guān)系，串出多條食物鏈，并找出它們的共同點：食物鏈從綠色植物開始，最后到兇猛的肉食動物結(jié)束。通過建立草原上生物食物鏈模型并進(jìn)一步觀察比較，學(xué)生找出了食物鏈的特征，對食物鏈的含義有了更深入的理解。 第三個環(huán)節(jié)：教師出示其中一條食物鏈，提問：如果其中一種動物消失了會怎么樣？學(xué)生根據(jù)經(jīng)驗和已有知識進(jìn)行判斷，然后在充分討論交流的基礎(chǔ)上，模擬食物網(wǎng)。教師簡單介紹了學(xué)具后，全班集體搭建草原上的食物網(wǎng)（如圖5所示）。再讓學(xué)生討論，在食物網(wǎng)模型中“剪掉”一種生物會產(chǎn)生什么樣的后果。通過搭建食物網(wǎng)的活動，學(xué)生知道自然界中各種生物之間通過食物形成錯綜復(fù)雜的聯(lián)系，初步意識到食物網(wǎng)中一種生物消失時不會徹底破壞生態(tài)平衡。 縱觀整節(jié)課，教師通過不斷建立模型，將食物鏈這一抽象的科學(xué)概念不斷具體化，加深了學(xué)生對概念的理解。特別是第三個環(huán)節(jié)，先讓學(xué)生利用已有知識和經(jīng)驗判斷食物鏈中的一種生物消失了會怎么樣，然后搭建食物網(wǎng)，在食物網(wǎng)模型中，學(xué)生再討論如果其中一種生物消失了會產(chǎn)生什么后果。該模型的搭建激發(fā)了學(xué)生的認(rèn)知沖突，促使學(xué)生從原有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)中走出來，從而彌補了前概念中存在的缺陷，達(dá)到了形成正確科學(xué)概念的目的。建立形象化的概念模型，將抽象概念具體化，是學(xué)習(xí)科學(xué)概念的方法之一，更是加深學(xué)生對科學(xué)概念理解的重要環(huán)節(jié)。 在生命科學(xué)領(lǐng)域的教學(xué)中，當(dāng)學(xué)生