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数轴法:初中生物学概念教学的新转向*
——以“植物、动物类群及生物科学史”的教学为例

2021-12-30刘波李永团

教学月刊(中学版) 2021年34期
关键词:类群科学史数轴

□刘波 李永团

(1.铜川市耀州区孙塬中学,陕西 铜川 727100;2.陕西省碑林教师进修学校,陕西 西安 710048)

《普通高中生物学课程标准(2017年版)》(以下简称“《课程标准》”)明确指出,关注生物科学史,围绕重要概念来组织开展教学,能有效提高教学效益,有助于学生对知识的深入理解和迁移应用。可以说,生物科学史,本质上就是一部概念史。但在以往的概念教学中,存在着重知识点轻概念体系、重结论轻过程,忽视学生科学思维能力的培养,以及重教法轻学法,忽视学生概念习得方法的培育等问题[1]。而数轴法在概念习得方法上有着整体视域,可以让概念之间的衔接更具逻辑性,从而促进学生对整体学科知识框架的把握。当前,有关数轴法在生物学概念学习方法上的研究,还十分薄弱。以下,笔者以人教版义务教育教科书《生物学》七年级上册及八年级上册中的植物、动物主要类群相关内容,以及生物科学史的教学为例,探寻其在生物教学中的应用路径,以期为教师和学生进行生物学概念的教和学提供参考。

一、“数轴法”的内涵、价值

数轴法是人教版义务教育教科书《数学》七年级上册的内容,数轴的三要素“原点、方向、单位长度”学生已耳熟能详。数轴上的点与实数具有一一对应的关系。通过数轴能形象直观地说明生物进化的趋势,以及事物发展的主要节点和方向。在单元设计中,原点表示原始生命,依照从左往右的顺序,数值越大表示生物进化的等级越高等。

从《课程标准》的要求看,教学内容如何聚焦大概念很关键。数轴法这种数学思维,作为串联植物、动物类群教学问题的主线,让生物学主要类群重要概念的教学,不会仅停留于知识点的识记上,还能让学生感受到学科交叉的魅力,为学生的发散性思维提供有益的方向引导。

从教学材料与学习内容的角度看,生物科学史闪耀着生物学家智慧的光芒,集中体现着科学家的工作方式,重演着生命科学的发展轨迹,彰显着格物致知的科学精神。教师对于教学材料的精加工程度,决定着学生学习的方式与效率。当前,生物科学史教学已走入吴举宏老师所说的“学生成为旁观者、仅停留于真实的科学史、异化为布道场”等误区,这与生物科学史教学方式不当有较大关系。而跨学科教学,不仅能整合生物科学史的知识,也能有机融入其他学科的内容,拓展学生对生物科学史的理解。因此,要让生物科学史学习从浅层走向深度,跨学科思维不失为一种有效途径。而通过数轴再现经典科学实验,凸显概念的形成过程,有助于学生科学探究能力的提升。

胡玉华老师认为,从概念教学方法的角度看,重要概念体现着学科知识体系的主干,揭示了生物学科的核心内容,反映着学科的本质。而进化思想以及结构与功能相适应等学科思想,能够促进学生对于学科本质的理解,使学生感受到学科的味道[2]80。指向概念转变外部因素中的数学模型,可以高效地帮助学生理解科学概念,为学生理解进化与适应观念打下良好基础[3]。经实践检验,采用数轴数学模型进行教学,可以有效提升学生的类比推理能力、系统思维与逻辑思维能力[4]。

赵占良老师认为,从美学与美育的角度看,生物学课程中外在的形式美与内在的逻辑美统一起来,才是比较完整的科学美,这样的美育才是比较完整的科学美的教育。数轴可以简洁、明了、集中地表达生物学的多样性内在美,是把形式美和逻辑美联结为整体美的一种实践。

二、数轴法应用例析

生命观念是生物学学科核心素养的本质特征,具体体现为大概念,而核心概念则是大概念的下位概念。数轴可以化作时间轴,轴上闪动着科学发展过程中科学家思维的火花。用好、用足这一生物科学史教学资源,对于达成核心概念起着至关重要的作用。概念学习进阶的数轴图如图1。

图1 概念学习进阶的数轴图

(一)数轴法上的动物主要类群

针对动物的主要类群,教材按照进化的思路,从六类无脊椎动物到五类脊椎动物的进化方向展开,每节内容都彰显了结构与功能这种生命观念素养,其中也渗透了进化思想,但这种进化思想往往表现为隐性的思想。如何让隐性的学科思想成为显性的观念呢?这就需要教师创造性地处理好《课程标准》、教材、学情这三者之间的关系,其中,教法选择尤为关键。

数轴图具体的绘制方法是,原点表示原始生命,从左往右,按照不同时间节点由远到近排列,不同节点表示不同进化的生物类群,箭头表示生物进化的方向。

在日常教学中,教师要精准识别学生前科学概念中的错误概念,按照循序渐进的原则,从填图型概念图过渡到独立绘制概念图,再到创造性地运用数轴呈现进化过程。在绘制动物主要类群概念图(如图2)的过程中,教师要发挥学生的主体作用,有效促进学生对学科思想的领悟,实现“1+1>2”的效果。

(二)数轴法上的植物主要类群

同动物主要类群一样,也可将数轴概念图应用于植物主要类群的新授课和复习课教学中,如图3。这样,不仅能很好地展示知识间的逻辑结构,也能创造性地促进结构与功能观、进化与适应观等生命观念的建立。

图2 动物主要类群数轴图

图3 植物主要类群数轴图

(三)数轴法上的生物科学史

不同于生物类群示例,在植物的光合作用、动物的血液循环途径的发现史中,也可以通过运用时间轴进行整体设计,以清晰直观地展示进程,帮助学生整体把握知识。原点表示原始生命,按照从左往右的顺序,数轴上面显示时间和代表人物,图中仅展示在这个领域的主要贡献,如图4。

需要注意的是,生物科学史可采取融入式和再创造等教学策略,对于同一学段高低年级进行梯度教学。随着学生认知水平的发展,也可让他们根据自己原有的经验,用自己的思维方式重新“创造出”有关生物学概念[5]。当然,对于不同学段要关注探究要求,如初中阶段关注科学探究的过程,高中学段关注探究的结论。

图4 血液循环的数轴科学史

图5 “两栖动物与爬行动物”教学范式

三、数轴法:一节课的教学范式

关注核心素养,聚焦学科思想,围绕学科核心概念的教学设计,是有高度、有灵魂的教学[2]82。生物学学科知识体系大多分散分布,知识结构领域不够良好。具体到日常教学中,多体现为事实性知识或现象。下面笔者以“两栖动物与爬行动物”的教学为例,用数轴图展示一节课的教学范式(参考安军老师“一节教学范式”改编),关注基于证据的推测,用教学问题作为达成重要概念的主线,进一步廓清概念间的联系(如图5)。学生可根据自己的认知特点和思维方式,逐步绘制数轴概念图,也可小组间比拼,以选出兼具创意性和科学性的最佳作品。

四、启示与反思

(一)启示

《课程标准》提出小而精的教学内容,删繁就简,体现生物学学科主干知识框架。数轴法有着明晰、直观、易懂、顺序明确且呈线性关联等特征[6]。数轴法能体现核心概念到大概念的演进主线,便于学生了解不同类群的特征,有助于学生构建结构与功能观、进化与适应观等生物学核心观念。而采用数轴模型教学生物科学史,可以使学生摆脱零散知识点的思维定式,更好地理解科学的本质以及科学研究的思路和方法。因此,数轴法对于落实学科思想、构建大概念、习得科学思维方法有较大的辅助作用,是落实生物学学科核心素养的有力抓手。

(二)反思

数轴法是一种线性思维模型,因此,运用数轴法进行单元设计时需要注意两点:其一,应注意整套教材协同训练,尤其是知识点分布在不同单元、不同年级时,更要提前渗透数轴法;其二,不是所有学习内容都适用数轴法,知识点间须体现进化思想且重要概念之间应存在线性联系。当然,不是所有课型(复习课和新授课除外)都适合运用数轴法,应注意学生概念学习方法的多样化。□◢

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