基于科学方法的初中生物学概念建构

朱毅鸿 卞楚晴

生物学概念是生物学课程内容的基本组成，是以生物学事实和现象为基础，通过科学思维获得的对生命本质的认识。学习生物学概念时需要丰富的、有代表性的事实支撑，事实和现象等信息的获取，需要用到观察、实验等基本的科学方法;对获取的信息进行思维加工形成科学概念，需要用到分析、比较、归纳、综合、建模等科学思维方法。这些科学方法是建构概念、训练思维能力的核心方法，因此，科学方法既是一种实践活动，也是一种思维方式。下面以人教版八年级上册中“真菌”一节为例，阐述运用观察和实验、分析和比较、归纳和综合、模型与建模等科学方法建构生物学概念的具体做法。

1运用实验观察建立概念，强化基本的科学方法

实验观察是直接获得事实证据的重要途径，在此过程中学生亲历科学研究过程，学习基本的科学方法。“真菌”一节要求通过制作观察临时装片，认识酵母菌和青菌的形态结构，初步建立“真菌的结构”概念。由于真菌结构微小，观察时还需要用到高倍物镜，而高倍物镜的使用在初中生物实验中较少涉及，是教学难点之一。为突破难点，学生能够通过实验观察真正认识酵母菌和青霉的形态结构，教学时采用了以下方法。

1.1微课预学实验指导，熟练实验操作技能

课前，教师设计制作了“观察酵母菌”和“观察青霉”实验指导微课，微课中有酵母菌培养液的配制、青霉的培养、临时装片的制作、光学显微镜高倍物镜的使用方法等内容，在微信中的打卡小程序中发布学习任务“观看实验指导的微课、完成相关问题”（图1）。然后，布置学生自主预学微课，熟悉实验目的、方法和步骤后进行打卡操作（图2）。教师可以随时查看学生打卡情况，还能对打卡内容进行评价。这样，在实验课前，教师对学生的微课预学情况有了充分了解，课堂上只要简单反馈自学情况，对学习中存在的典型问题进行解析，就可以让学生进行实验操作和观察，大大节省了讲解实验方法、步骤和实验注意事项的时间，使学生有充足的时间制作临时装片并观察，学生的实验操作技能得到了充分的训练。

学生使用显微镜对比观察自己制作的临时装片和教师准备的永久装片，熟练了实验操作技能，获得了酵母菌和青霉的形态结构的直观信息，为初步建立概念奠定了基础。

1.2问题引导有效观察，形成科学观察方法

青霉的结构微小，学生自行观察往往带有盲目性，教师利用观察青霉实验记录表（表1）中设置的问题，引导学生开展有序观察：先用肉眼观察青霉的菌落，然后用放大镜观察菌丝和孢子，再用显微镜观察青霉的显微结构。这样使学生不仅对青霉的形态结构有了更加直观的认识，同时学习了科学观察方法。借助不同的工具不仅可以观察到的事物的细节，有序的观察还使观察更全面更准确，体现了从宏观到微观、从整体到局部的科学观察方法;观察结果是对观察的现象进行初步的分析和判断后记录下来的，为自主构建科学概念提供了可能。

教师设置问题情境，引导学生展开有效观察，避免观察浅尝辄止，帮助学生提取出建构概念所需要的有效信息，促进煅炼科学正确的观察方法。

2运用模型与建模理解概念，训练科学思维方法

模型与建模是新修订高中生物学课程标准中明确要求必须掌握的科学方法之一。运用模型方法建构重要概念，使学生在动手动脑过程中经历主动建构的过程，激发学生学习兴趣，在模型的修正、使用和完善过程中，训练其科学思维。

2.1物理模型修正，学习分析比较等科学思维方法

物理模型是指以实物或图像形式直观地表达认知对象特征的模型，具有一定的形态结构特征，是对原型的纯化和简化。

课前，教师组织学生用超轻黏土或其他材料制作酵母菌、青霉、细菌的物理模型（图3）。课上，运用希沃授课助手手机同屏互动功能，将学生作品拍照上传到白板上进行展示，在白板上放大处理、点评纠错、及时批注。由于之前的观察实验，学生己初步建立了真菌结构概念，因而能够对课前制作的模型进行评价和修正。例如，青霉模型①制作了青霉直立菌丝顶端扫帚状排列的孢子，但缺少营养菌丝，建议学生课后完善模型，并将模型用细铁丝固定在泡沫板上（图3③），既模拟青霉在培养基上的生长，又方便模型展示。青霉模型②的外形上与青霉形态较为相似，有营养菌丝和直立菌丝以及扫帚状排列的孢子，但真菌是多细胞、有真正的细胞核模型上没有体现，建议学生课后将菌丝的横隔表现出来说明真菌是多细胞生物，并用其他颜色的黏土制作细胞核粘上，完善青霉模型。学生通过模型的修正和完善，强化了概念的理解，训练了科学思维方法。

教师利用学生制作的细菌模型（图4），与青霉模型进行比较，引导学生发现细菌与真菌结构的不同——细菌只有DNA集中的区域，没有成形的细胞核，从而理解原核生物和真核生物這一重要概念。学生通过比较掌握相关概念间的联系和区别，深化对概念的理解，发展科学思维品质。

制作物理模型不是堆积木、拼七巧板，也不是要培养做模型的工匠，要避免简单呈现展示模型、评价模型与原型间细节的像与不像上，这背离了模型方法简化、抽象出事物本质的要旨。模型教学的重点要放在引导学生通过观察、制作模型，在动手动脑中激发学习兴趣，再运用分析、比较、类比、联想等科学思维方法从模型中获取有效信息，用模型解释现象和过程，形成对概念的正确理解，实现行为与思维的统一。

2.2概念模型建构，学习归纳综合等科学思维方法

概念模型是指以文字、图解等形式抽象概括出事物本质特征的模型，如思维导图、概念图、流程图，不仅可以加深学生对概念的理解和记忆，还有助于理清概念之间的关系。

本节教学中，教师引导学生用思维导图建构概念模型（图5）。以“真菌”为中心词，运用分类、概括、归纳和综合等科学思维方法对相关的信息进行加工整理，通过线条、颜色、关键字等，将零散的事实性知识串联起来，建构思维导图，强化概念学习的结构性和系统性。由于思维导图概念模型色彩丰富，关键词：简洁，逻辑结构清晰，加深了学生对概念的理解和记忆，实现知识的内化，发展了科学思维。

人教版义务教育生物学教科书十分重视科学方法的学习，设计了专门的栏目介绍科学方法，突显了科学方法的重要地位，并根据不同的教学内容特点和学生认知规律，循序渐进地介绍了初中学生应该学习的科学方法。科学方法的学习不能依靠记忆和背诵，或者机械的训练和生硬的灌输，离开了实际的科学认识活动和科学实践活动，就无所谓科学方法。在基于科学方法建构生物学概念过程中，学生可以通过实验、观察等亲身体验获得生物学事实和现象的直接经验，经过比较、归纳、分析、综合、模型等科学思维方法，进行有针对性的学习和训练，有意识地运用和迁移，进而理解和掌握科学方法。学生在经历概念的主动建构过程中，获得科学方法的训练，深化对概念的理解，完成科学概念的建构，用习得的科学方法解决生活中和学习中遇到的问题，真正提高生物学学科素养。