建构概念教学模式 助力科学思维发展

安徽省怀宁县石牌初级中学/ 王本华 安徽省怀宁县高河中学/ 操刘胜

教学模式是以现代教育理论为指导，为达成一定的教学目标，整体上把握教学活动各要素的关系，并对它们进行有效整合而形成的较稳定的教学范式结构；它是一套简明的、行之有效的教学活动程序，也是理论联系实践的桥梁，现已成为一线教师研究的热点。科学思维是核心素养的组成部分，也是学生学习生物学课程后形成的受益终生的学习成果。重视重要概念教学是《义务教育生物学课程标准（2022 年版）》（以下简称《课程标准》）的重要理念，概念建构过程的本质就是运用科学思维方法认识事物的本质属性及内在规律。因此，将科学思维与重要概念教学进行有效“对接”，建构基于科学思维培养的初中生物学重要概念教学新模式，将新模式应用于课堂教学，能较好地帮助学生建构重要概念，促进学生科学思维素养的发展，并在一定程度上提高初中生物学概念教学的效果及效率。

一、概念与科学思维的关系

概念是对客观事物的本质属性的反映，生物学概念是对生物学事实、现象等的抽象概括，具有普遍性、抽象性。生物学概念的形成需要有丰富的事实为支撑，一般是学生先通过各种探究性活动了解、搜集、感知丰富的生物学事实和现象，然后在问题的驱动下进行思考、讨论，再对这些事实和现象进行分析、综合、抽象、概括，最后形成科学的解释或理性的表述（即生物学概念）。因此，概念既是思维的结果和产物，又是思维活动借以进行的单元，而科学思维是概念形成的工具。对中学生而言，生物学概念的形成一般遵循“感知基本生物学事实、现象—科学思维加工—形成科学概念—迁移、应用概念”的基本程序。

二、基于科学思维培养的初中生物学重要概念教学模式的建构

《课程标准》要求要凸显学生主动建构概念，加强概念间的联系，并明确指出：“要围绕大概念组织教学内容，使知识结构化。以大概念的核心内涵为纲，将相关的重要概念、次位概念按照其内在逻辑关系编制成网络化的概念体系。”因此，在初中生物学教学中，概念教学处于核心地位，帮助学生建构科学的生物学重要概念是初中生物学教学的重要目标。而概念教学的本质是思维教学，所以教师要将两者结合起来，为学生提供丰富的、有代表性的事实，引导学生以事实为基础，通过抽象和概括等思维来建构概念，以此来发展学生的科学思维素养。笔者依据初中生科学思维发展特点及概念形成规律，建构了基于科学思维培养的初中生物学重要概念教学新模式，具体教学程序如图1。

图1 基于科学思维培养的初中生物学重要概念教学新模式的教学程序

该模式的建构以建构主义理论为指导，以助力学生建构重要概念、发展科学思维素养为目标，细化了概念教学实施环节，对学生和教师在各个环节中的行为做了明确的要求。

新模式的主要特点有：①科学思维培养是核心。生物学重要概念的建构需要科学思维的参与，建构重要概念的过程是基于科学事实建立模型的抽象与概括的过程，在概念教学的各环节中，依据科学思维特征，有针对性地对科学思维各要素进行训练，能较好地促进学生科学思维素养的提升。②引发认知冲突是动力。利用学生生活经验，创设一定的情境，基于情境提出适宜的问题，引发学生认知冲突，以此引入概念，较好地激发了学生的学习兴趣，进而产生主动探究的欲望。③精设问题串，驱动学生积极发展思维是关键。概念建构的根本在于思维，思维活动产生于问题，依据初中学生的科学思维发展特点，精心设计真实的、逻辑严密的、层层递进的梯度问题，能有效引导他们积极发展思维，对概念进行分步建构，亲历概念的形成过程，同时也较好地帮助了学生学习和训练科学思维方法，培养科学思维品质。④特别突出学为主体、教为主导的教学理念。重要概念建构的每个环节，都要注重学的行为与教的行为的协调一致。学生是重要概念建构的主体，教学中更重视发挥学生的主动性和能动性，教师是指导者、帮助者，起组织、引领、点拨的作用，教师所做的一切都是帮助学生以主动探究的方式建构重要概念，更好地促进科学思维素养的提升。

三、新教学模式的应用示例

在新建构的教学模式下，笔者以“绿色植物的呼吸作用”为例，组织开展了教学工作。教学过程具体如下：

（一）创设适切问题情境，引入重要概念，助力科学思维的引发

教师用PPT 展示卧室窗台摆放多盆花卉的情境，提出适切问题，带领学生思考，引发主体认知结构与情境现象的冲突，引出呼吸作用的概念。

具体问题：有人认为，绿色植物摆放在卧室里，既更新了室内的空气，又美化了环境，一举两得。你能结合光合作用的知识和自己的生活经验，谈谈这种做法科学吗？为什么？

（二）精设驱动性问题，引导学生积极探究、分步建构重要概念，助力科学思维发展

《课程标准》 对绿色植物的呼吸作用这一概念提出的教学策略建议是引导学生通过观察、演示实验、探究实验等多种途径，探究和认识植物的呼吸作用这一生理过程。为帮助学生自主建构呼吸作用这一重要概念，教师可提供生活化器材，对教材中原有的三个演示实验进行优化整合，设问题串，引导学生先从呼吸作用的原料（消耗氧气）、呼吸作用释放的产物（产生二氧化碳、能量等）几方面进行自主探究，感知生物学事实，获得感性认识，再对这些事实进行分析、比较、归纳、抽象、概括等，分步建构呼吸作用概念的内涵，同时较好地训练了学生的科学思维，助力科学思维的发展。

具体探究活动如下：

探究活动一：小组合作，自主探究，直观感知生物学事实

将教科书中演示实验转化为探究性实验，将原有的三套实验装置合并成一套，用透明饮料瓶作为实验发生装置，装适量萌发的种子于瓶中，塞上打孔橡胶塞，分别插上带针头的注射器和探针电子温度计，另取一套同样的装置，装等量煮熟的种子作为对照组。对气体检验方法做如下改进：①二氧化碳的检验（用注射器抽取两装置中的气体，分别注到两个装满澄清石灰水的废弃西林瓶中，轻轻震荡）；②氧气的检验（用带火星的卫生香替代燃烧的蜡烛）。

【实验一】“有机物分解释放能量” 的梯度问题：①煮熟的种子有活性吗？②两装置中电子温度计的读数对比说明了什么？③释放的能量来自哪里？

【实验二】“有机物分解产生二氧化碳” 的梯度问题：①澄清石灰水通常用来检验哪种气体？②你看到了什么现象？③两个西林瓶不同的现象说明什么问题？

【实验三】“有机物分解需要吸收氧气” 的梯度问题：①装萌发种子的装置中还有哪种气体成分发生了变化？②怎样判定它发生了变化？③带火星的卫生香插入两个西林瓶后分别产生了什么现象？出现这种现象说明了什么问题？

探究活动二：对科学事实进行分析、归纳，或抽象、概括，初步建立概念

教师引导各小组成员对感知的事实进行分析，围绕呼吸作用的场所与条件、实质与意义、物质和能量变化、表达式等进行抽象、概括，初步建立概念。

通过教师的引导，学生对具体事实进行交流和分析，明晰呼吸作用发生在所有植物细胞内部，其实质是“在氧气的参与下，有机物分解，释放二氧化碳，同时将储藏的化学能释放出来，供给生命活动的需要”。

（三）利用概念图梳理重要概念，助力科学思维结构优化

思维结构是通过思维活动认识事物内在规律及相互关系时显现出来的逻辑结构。概念图是知识图形化表征工具，它通过“节点”“连接线”及“联系词”把各个概念间的关系用图形网络化的形式直观地呈现出来。绘制概念图能体现学生对概念间的逻辑关系的理解程度，能将学生的隐性思维过程可视化。因此，教师依据概念间的层级关系和逻辑关系，引导学生自主建构、修正、展示概念图，对所学概念进行梳理，有助于学生建立结构化、系统化的概念知识网络。建构概念知识网络能较好地训练和提升学生的逻辑思维能力，促进了科学思维结构的优化。

教师提出问题，从呼吸作用的原料、产物、场所、实质等几个方面建构概念图，对呼吸作用的概念进行梳理。学生依据问题，建构概念图（如图2），形成呼吸作用概念网络体系。

图2 呼吸作用概念图

具体问题：你能依据概念的内涵，从呼吸作用的原料、产物、场所、实质等方面画出呼吸作用的概念图吗？

（四）应用重要概念解决实际问题，助力科学思维品质提升

思维品质是思维过程中表现出来的个性特征，是衡量思维水平高低的标志，如思维的深刻性、灵活性、批判性、创造性等。生物学重要概念与生活紧密相连，应用概念解决实际问题、解释生物学现象时，需要调动学生已有的认知，并与其建立联系，通过质疑、寻找证据、评价证据、合理推理、恰当判断、理性解释等科学思维活动达到解决问题或解释现象的目的，同时也较好地促进了学生科学思维品质的提升。

学生建构了呼吸作用的概念后，教师通过设置适宜的问题，引导学生思考生产生活中的生物学现象，初步学会应用呼吸作用相关知识进行解释，学生则通过应用呼吸作用概念解决实际问题，体会到科学知识的实用性，深化对呼吸作用这一概念的理解，在问题解决中提升了科学思维品质。

具体问题：①养花为什么要经常松土？②当庄稼遭遇洪涝灾害时，为什么要及时排水？③新鲜蔬菜放在冰箱中，为什么能延长保质期？④贮藏稻谷时，为什么要保持低温和干燥？

四、应用于教学后的思考

培养学生科学思维是生物学概念教学的重要任务之一。培养学生科学思维首先需要加强概念教学，因为概念的建构过程就是运用科学思维方法认识事物的过程。因此，课堂教学中，教师应将概念教学与科学思维培养统一起来，以《课程标准》精神为指导，针对初中生的科学思维发展的特点，采用合适的策略，帮助、引导学生自主建构并理解生物学重要概念，而不是仅仅强调对概念的记忆和背诵。建构的新模式将学生科学思维的培养融合到概念引入、概念建立、概念梳理、概念应用四个环节，通过创设适切的问题，引导学生通过探究性活动感知事实，在此基础上，运用分析与比较、推理与归纳、抽象与概括等科学思维建构概念，逐步培养科学思维习惯，发展科学思维能力，进而促进学生生物学学科核心素养的提高，较好地落实义务教育生物学课程目标。当然，没有一种放之四海皆准的教学模式，这就要求一线初中生物学教师在教学中不断去实践、修正并灵活运用。