基于表现性评价的初中生物学模型建构——以“人体与外界的气体交换”为例

贾国静 张浩 刘金东

(1.山东省潍坊市临朐县教育科学研究院 山东潍坊 262600)

(2.山东省潍坊市临朐县朐阳学校 山东潍坊 262600)

(3.山东省潍坊市临朐县文汇初中 山东潍坊 262600)

《义务教育生物学课程标准(2022年版)》(以下简称《课程标准》)从生命观念、科学思维、探究实践、态度责任四个方面界定了初中生物学核心素养。其中科学思维是培育科学精神、形成生命观念的重要途径,而比较与分类、归纳与演绎、分析与综合、模型与建模是主要的思维方法。模型与建模可以揭示事物的形态、特征和本质,在培育学生高阶思维能力的同时,引领学生进行深度学习,理解学科核心概念。在初中生物学教学中物理模型、概念模型、数学模型的使用比较频繁,但学生自主建模、模型展示与深化应用等环节缺少过程性评价,难以引导学生进行深度思维。

《课程标准》强调评价方法多样化,推进表现性评价,将纸笔测试与表现性评价相结合,保证以评促学、以评促教。相较于纸笔测试,表现性评价提供了清晰的学习目标、有意义的情境任务以及明确的评分规则,通过有效的学习反馈带动学生自我评价、自我反思,促进学生的学习与发展。表现性评价的评分标准既关注学生的学习结果,也关注学生的学习过程,没有唯一的答案但能够向学生展示答案的标准,对学生的模型构建具有指导与评价的双重作用。因此,下文尝试将表现性评价与生物学模型建构相整合,以济南版初中生物学“人体与外界的气体交换”一节为例,从物理模型、数学模型、概念模型三个方面进行表现性评价任务设计。

1 表现性评价在物理模型构建中的应用

物理模型是指利用实物、图画等材料或形式,将真实事物放大或缩小制成模型。模型能够模拟真实事物的某些功能或特性,如DNA 分子双螺旋结构、小肠壁结构模型等。在学生的制作、展示与评价过程中,原本抽象难以理解的生物学知识逐渐清晰、内化,能够更好地指导评价学生制作模型的规范性。教师在制定评价标准时需要从科学性、艺术性、创新性等方面考虑。

1.1 案例“模拟肺与外界的气体交换——呼吸运动”

学习目标:利用身边的材料制作模型,模拟膈肌与呼吸运动的关系,理解呼吸运动的实现过程。

表现性评价任务要求:(1)结合人体呼吸系统组成,利用矿泉水瓶、气球、Y 形导管、胶带、剪刀等材料制作膈肌运动模型。(2)描述模型中各组成部分所代表的人体结构名称。(3)上下拉动膈肌,观察肺的变化,描述膈肌与呼吸运动的关系。

表现性评价标准:评价标准不仅是教师评价学生的依据,更是学生学习行为的重要导向。本次评价标准设计了科学性、艺术性、创新性三个评价指标,采用等级划分,见表1。

表1 膈肌运动模型评价标准

设计意图:学生根据评价任务要求,利用身边的材料进行模型制作。小组选派代表展示模型(图1),描述模型组成,阐述膈肌与呼吸运动的关系。在完成该表现性评价任务后,学生总结归纳出呼吸运动的过程。综上,课堂中可以通过物理模型的开发制作,使抽象、内隐的生命结构或现象直观化,帮助学生探索变化的根本原因。

图1 膈肌运动物理模型

2 表现性评价在数学模型构建中的应用

数学模型通过公式、曲线图及柱状图等数学方式,表述生命活动规律。如光照强度、温度、二氧化碳等条件与光合作用强度的关系曲线;淀粉、脂肪、蛋白质在消化道内被消化程度的曲线;吸气与呼气时气体成分含量柱状图等。学生在自主绘制数学模型的过程中,必须基于对核心概念的深刻理解,在理解知识本质之后,通过总结归纳、迁移运用才能绘制出数学模型。基于此,表现性评价任务在设计的过程中要体现问题驱动,注重学生思维的外显,通过绘制数学模型促进学生思维深刻性、批判性。

2.1 案例“人体内的气体交换”

学习目标:基于数据构建数学模型,描述肺泡处和组织处气体交换的过程及血液成分变化。

表现性评价任务要求:分析人体吸入气体与呼出气体成分变化,见表2,推测血液流经肺泡处和组织处时血液中氧气和二氧化碳含量的变化,并绘制变化曲线,解释人体吸入与呼出气体中氧气或二氧化碳含量变化的原因和意义。

表2 人体吸入和呼出的气体成分含量对照表

表现性评价标准:为更好地规范、指导学生利用坐标轴绘制曲线,正确表示血液中气体成分变化,评价标准的设计从以下三个维度展开,更多地倾向于指导学生行为,具体见表3。

表3 “氧气和二氧化碳变化曲线图”评价标准

设计意图:学生通过分组实验和结果分析,已对发生在肺泡处和组织处的气体交换有所了解,但缺少整体、深入的思考。如图2所示,学生在完成该表现性任务的过程中,分析数据构建数学模型,基于曲线变化阐述人体内气体交换的根本原因和意义,在明确变化本质的基础上构建核心概念。同时利用文字、表格、模型的相互转化,促使知识的迁移与归纳。学生在展示交流的过程中,将隐性思维可视化,同时学生间的互评与教师评价可以完善学生概念的形成。

图2 氧气变化数学模型

3 表现性评价在概念模型构建中的应用

概念模型指的是以图示、文字及符号组成概念图和思维导图等对生命现象或规律进行描述,如血液循环途径模式图、遗传图解等。概念模型简洁直观,通过箭头、曲线等符号将关键词进行连接,既揭示了事物的本质特征,又提升了学生思维的深刻性、独创性。基于真实的情境创设表现性评价任务,使表现性评价与概念模型相结合,在启发学生深度思维的同时,促使学生对知识的灵活迁移与运用。

3.1 案例“人体与外界的气体交换”

学习目标:通过构建概念模型,总结人体完成气体交换的四个环节。

表现性评价任务要求:(1)氧气是组织细胞进行呼吸作用的原料,请利用流程图的形式,描述氧气由外界空气进入人体组织细胞的具体路径。(2)补充完善二氧化碳排出体外的途径。

表现性评价标准:概念模型的构建更重要是学生思维过程的外显,因此评价标准除注重美观、准确外,更要体现学生表达的过程。具体内容见表4。

表4 概念图评价标准

设计意图:学生在学习了“人体与外界的气体交换”全部内容之后,教师创设问题情境,让学生绘制氧气进入组织细胞的流程图(图3),从而构建概念模型。通过该表现性评价任务,学生在概念模型完善和展示交流过程中,梳理归纳人体三次气体交换,明确人体与外界气体交换的过程与意义。概念模型的构建过程就是生物学概念形成的过程,在此基础上,学生能够进一步形成结构与功能观等生命观念。

图3 人体与外界气体交换概念模型

4 反思总结

表现性评价不仅是一种评价形式,更是一种学习活动,表现性评价过程是一种教学互动的过程。模型是抽象和形象的有机结合,一方面能够抽象表达生命现象本质和规律,另一方面在构建、修正模型的过程中能够发展思维的深刻性、逻辑性和批判性。基于表现性评价进行模型与建模设计,可以发挥学生主体性,促进学生深入理解概念,形成核心素养。但是,在设计实施过程中也出现一些不足之处,如评价量表的评分者存在主观性,学生自评时难以做到公平公正,教师评价过程比较耗费时间等。因此评价量表的设计与使用还需要与其他评价策略相结合,进一步完善改进。