基于问题情境的生物学概念构建和裂变实践策略——以“动物的运动”一课为例

●徐光德，王愉鑫

学生生物学核心素养体现为学生在面对真实情境中的生物学问题时表现出的必备品格和关键能力[1]。而解决真实情境中的生物学问题，往往涉及多个概念的系统联动与灵活应用，这不仅需要学生系统化构建生物学概念，更需要学生能够裂变性地运用生物学概念。

一、生物学概念构建和裂变模型

科学概念的构建是学生在前概念的基础上，经历各种学习活动，感知事实、寻找证据，再通过分析、综合、抽象、概括，构建起新的科学概念。整个过程，教师的角色是学习活动的设计者、组织者，通过设计并组织各种学习活动帮助学生感知事实、寻找证据、抽象概念[2]。生物学概念的裂变是指在一定情境下，为解决具体问题需要从大概念辐射向下涉及多个下位概念，这样由上而下、由点到面，一触联动，基于对概念的层级剖析与概念间的关联与碰撞， 最终运用多个相关概念解决真实情境中生物学议题的过程。因这个过程类似于物理学所描述的裂变反应，故称为概念的实践性裂变。

新授课中，概念实践性裂变的前提是概念构建。在具体情境中裂变概念解决实际问题既是概念的迁移、应用，也是概念的深度构建过程。教学中，教师常常以实物、视频、图片、资料等形式引入一个核心问题，接着围绕核心问题分解出多个子问题，设计并组织各种学习活动以帮助学生构建一系列的次位概念及事实性知识。之后，借助这些系统化的次位概念及事实性知识，帮助学生构建本节课的重要概念。最后，再回归问题情境，裂变概念、解决问题。同时，还可以引导学生裂变概念，解决延伸问题（如图1 所示）。

图1 新授课中概念构建及裂变策略

二、生物学概念构建及裂变实践策略

笔者以“动物的运动”这一课为例，谈一谈关于生物学概念的系统构建及实践性裂变策略。

（一）教材分析

本课选自人教版义务教育教科书《生物学》八年级上册第五单元第二章第一节，内容是在学生已经知道动物的运动方式多种多样的基础上，学习运动形成的原因。教学中，教师要帮助学生形成的重要概念是：动物因逃避敌害、争夺食物和栖息地、完成繁殖所进行的运动， 是在神经系统和内分泌系统的调节下，由骨骼和肌肉共同完成的。

本节内容也是继学生在七年级下册第四单元“生物圈中的人” 中学习了人体八大系统中的生殖、消化、循环、呼吸、泌尿、神经、内分泌等系统后的最后一个系统——运动系统的学习。所以本节课还需要帮助学生整合原有的概念，构建起“人体各个系统相互联系、相互协调，以完成生命活动”这一重要概念[3]。

（二）设计思路

本课中，教师利用兔子的跳跃和人体广播体操两则视频引入“运动是怎样产生的”。接着，教师围绕该问题情境设计、组织一系列学习活动，帮助学生感知事实、寻找证据，构建相关概念。之后，教师引导学生回归问题情境，提取概念，解决真实问题，即概念的实践性裂变。最后，再从家兔迁移到人体，用裂变概念分析广播操中的屈肘、伸肘动作（如图2）。

图2 “动物的运动”设计思路

（三）教学流程

1．创设情境，引出课题

教师出示“家兔跳跃”和“广播体操”两则视频后提出问题：家兔跳跃时，前肢如何运动？ 学生经过观察很快得出结论：起跳时收腿，落地时伸腿。教师邀请同学演示该动作后追问：家兔如何完成这两个动作？ 在学生无法回答时，教师转换问题：参与完成这一运动的结构有哪些？ 在教师引导下，最终聚焦到骨、关节、肌肉三部分结构。

2.围绕问题，构建概念

教师提问：这三部分结构该如何协调配合，完成运动呢？结合课前解剖好的家兔前肢，引导学生辨认三部分结构以及认识它们的连接情况。通过观察，学生很容易获得骨与骨通过关节连接，肌肉（骨骼肌）附着在骨上等事实性知识。

（1）骨

教师提问：家兔跳跃时，参与的前肢骨主要有哪些？ 学生对照教材上的家兔骨骼图辨认肱骨、尺骨、桡骨等。并结合人体骨骼图，从家兔迁移到人体，辨认人体主要的上肢骨。最后，教师补充尺骨和桡骨的判断方法，从而帮助学生构建起上肢骨包括肱骨、尺骨、桡骨等事实性知识。

（2）关节

教师提问：参与跳跃的前肢骨是如何连接的？结合实物使学生明确肩胛骨与肱骨通过肩关节相连，肱骨与尺骨、桡骨通过肘关节相连，并利用微课及模式图帮助学生构建关节结构的概念。然后让学生转动和拉动家兔的肩关节，引导学生分析是哪些结构决定了关节既牢固又灵活，从而强化了结构与功能观。

（3）肌肉

教师提问：单纯的骨骼能完成运动吗？引导学生明确还需要骨骼肌提供动力。然后，学生亲历解剖观察骨骼肌的活动， 构建起骨骼肌结构的概念以及骨骼肌连接在相邻的骨上这一生物学事实。

3.回归问题，裂变概念

教师布置任务：请大家利用所学概念，让家兔的前肢动起来。学生小组讨论后上台演示掰动骨让前肢动起来和牵拉骨骼肌让前肢动起来的两种方法。教师提问：哪种方法正确？ 这时有学生分析到：运动中提供动力的是骨骼肌，是骨骼肌收缩让骨动起来，而不是骨的运动让骨骼肌收缩，因此，第二种方法正确。教师再出示牵拉骨骼肌让前肢运动的视频。结合视频，教师引导学生明确：当牵拉内侧肌肉（肱二头肌）处于收缩状态时，前肢抬起，这时相当于家兔起跳时前肢收起的动作。学生还能直观地观察到外侧肌肉（肱三头肌）此时处于舒张状态。教师再追问：家兔落地时，前肢伸直的动作如何完成呢？ 这时，学生便能很快地给出答案：牵拉外侧肌肉。教师再播放牵拉外侧肌肉（肱三头肌）的视频帮助学生构建起一组骨骼肌的收缩可以让骨的位置发生改变，但是要想使骨复位还需要另一组骨骼肌的参与这一生物学事实。

4．类比推理，迁移应用

教师出示广播体操动图中截取的伸肘和屈肘两个动作并提出问题：这两个动作如何完成？ 这时，学生便能很自信地给出答案：当肱二头肌收缩时，完成屈肘，当肱三头肌收缩时，完成伸肘。

教师再追问：骨骼肌会随意收缩吗？引导学生明确骨骼肌收缩的原因是受神经传来的刺激。最后，教师将结论板书在黑板上（如图3）。

图3

5．整合概念，系统构建

教师借助生物体结构层次的知识帮助学生构建起骨、关节、肌肉共同构成运动系统， 并明确运动的形成与自身的运动系统密切相关。接着，教师提出问题：只具备运动系统就能完成运动吗？ 通过讨论帮助学生构建起运动并不是仅靠运动系统来完成的，还需要其他系统如神经系统的调节，运动所需的能量有赖于消化系统、呼吸系统、循环系统等系统的配合这一重要概念。教师追问：运动的完成一定需要运动系统吗？ 目的在帮助学生构建运动系统只是人和高等动物具有，而无脊椎动物可以依靠肌肉收缩和附肢运动完成运动等概念。

最后，教师出示各种动物运动的视频，帮助学生整合概念，完善概念体系，引导学生总结归纳出运动有助于寻觅食物、躲避天敌、争夺领地，繁殖后代等意义。

6．联系生活，情感升华

教师引导学生说出自己喜爱的体育运动并分享原因。学生中有的喜欢篮球，认为可以增强协调性；有的喜欢乒乓球，认为可以保护视力；有的喜欢慢跑，认为可以增强抵抗力……教师出示广播操比赛集锦的视频，帮助学生养成热爱运动、坚持运动的习惯。

（四）教学反思

1．基于问题解决的概念构建及裂变

建构主义非常关注情境性教学，认为“教学应该使学习在与现实情境相类似的情境中发生， 以解决学生现实生活中遇到的问题为目标”[4]198。因此，本堂课设置了“运动是怎么产生的”这一问题情境并贯穿教学始终。首先，围绕这一问题的解决设计不同层次的学习任务，帮助学生层层深入地构建骨、关节、肌肉和运动的概念。其次，在建构起运动及运动系统的相关概念后，结合学生体验建立概念间的系统关联，让学生理解运动是多系统协调配合完成的。再次，引导学生回归问题，裂变概念，用所学概念解释生物学问题。最后，联系生活情境让学生意识到运动的意义，渗透情感态度价值观教育。由此可见，这一问题情境既是学生构建概念的驱动任务，又是裂变概念的生物学议题。概念构建是概念裂变的前提，概念裂变又能有效促进概念的深度构建。

2.基于实验充分激发学生的学习主动性

建构主义思想的核心主旨体现为“知识是在主客体相互作用的活动之中建构起来的”[4]182， 强调学习者的主动建构。因此，本节课的设计以实验为基础，让学生在实验过程中自主构建运动的概念。首先，给学生提供家兔前肢和肩关节的实验材料，让学生在解剖、观察家兔前肢和肩关节的实验中认识骨、关节和肌肉的结构及功能；其次，让学生在体验“如何让家兔肩关节动起来”的活动中构建运动的概念；接着，让学生通过家兔类比人的屈伸肘运动，感受运动的形成是在神经系统、消化系统等多系统协调配合下产生的；最后，拓展到动物不同的运动方式及其意义，让学生在具体问题情境中建构运动的类型及意义。整个学习过程，学生是学习的主角，而老师只是引导、组织学生完成各种学习活动，真正践行“学生主体，教师主导”的教学原则。学习效果上，学生也从刚开始面对问题情境时的胆怯、不知所措，变得踊跃，能从容自信地解释运动产生的原因，达到了预期效果，实现了有意义的学习。