□劉波 李永團

（1.銅川市耀州區(qū)孫塬中學，陜西 銅川 727100；2.陜西省碑林教師進修學校，陜西 西安 710048）

《普通高中生物學課程標準（2017年版）》（以下簡稱“《課程標準》”）明確指出，關注生物科學史，圍繞重要概念來組織開展教學，能有效提高教學效益，有助于學生對知識的深入理解和遷移應用?？梢哉f，生物科學史，本質上就是一部概念史。但在以往的概念教學中，存在著重知識點輕概念體系、重結論輕過程，忽視學生科學思維能力的培養(yǎng)，以及重教法輕學法，忽視學生概念習得方法的培育等問題[1]。而數(shù)軸法在概念習得方法上有著整體視域，可以讓概念之間的銜接更具邏輯性，從而促進學生對整體學科知識框架的把握。當前，有關數(shù)軸法在生物學概念學習方法上的研究，還十分薄弱。以下，筆者以人教版義務教育教科書《生物學》七年級上冊及八年級上冊中的植物、動物主要類群相關內容，以及生物科學史的教學為例，探尋其在生物教學中的應用路徑，以期為教師和學生進行生物學概念的教和學提供參考。

一、“數(shù)軸法”的內涵、價值

數(shù)軸法是人教版義務教育教科書《數(shù)學》七年級上冊的內容，數(shù)軸的三要素“原點、方向、單位長度”學生已耳熟能詳。數(shù)軸上的點與實數(shù)具有一一對應的關系。通過數(shù)軸能形象直觀地說明生物進化的趨勢，以及事物發(fā)展的主要節(jié)點和方向。在單元設計中，原點表示原始生命，依照從左往右的順序，數(shù)值越大表示生物進化的等級越高等。

從《課程標準》的要求看，教學內容如何聚焦大概念很關鍵。數(shù)軸法這種數(shù)學思維，作為串聯(lián)植物、動物類群教學問題的主線，讓生物學主要類群重要概念的教學，不會僅停留于知識點的識記上，還能讓學生感受到學科交叉的魅力，為學生的發(fā)散性思維提供有益的方向引導。

從教學材料與學習內容的角度看，生物科學史閃耀著生物學家智慧的光芒，集中體現(xiàn)著科學家的工作方式，重演著生命科學的發(fā)展軌跡，彰顯著格物致知的科學精神。教師對于教學材料的精加工程度，決定著學生學習的方式與效率。當前，生物科學史教學已走入?yún)桥e宏老師所說的“學生成為旁觀者、僅停留于真實的科學史、異化為布道場”等誤區(qū)，這與生物科學史教學方式不當有較大關系。而跨學科教學，不僅能整合生物科學史的知識，也能有機融入其他學科的內容，拓展學生對生物科學史的理解。因此，要讓生物科學史學習從淺層走向深度，跨學科思維不失為一種有效途徑。而通過數(shù)軸再現(xiàn)經(jīng)典科學實驗，凸顯概念的形成過程，有助于學生科學探究能力的提升。

胡玉華老師認為，從概念教學方法的角度看，重要概念體現(xiàn)著學科知識體系的主干，揭示了生物學科的核心內容，反映著學科的本質。而進化思想以及結構與功能相適應等學科思想，能夠促進學生對于學科本質的理解，使學生感受到學科的味道[2]80。指向概念轉變外部因素中的數(shù)學模型，可以高效地幫助學生理解科學概念，為學生理解進化與適應觀念打下良好基礎[3]。經(jīng)實踐檢驗，采用數(shù)軸數(shù)學模型進行教學，可以有效提升學生的類比推理能力、系統(tǒng)思維與邏輯思維能力[4]。

趙占良老師認為，從美學與美育的角度看，生物學課程中外在的形式美與內在的邏輯美統(tǒng)一起來，才是比較完整的科學美，這樣的美育才是比較完整的科學美的教育。數(shù)軸可以簡潔、明了、集中地表達生物學的多樣性內在美，是把形式美和邏輯美聯(lián)結為整體美的一種實踐。

二、數(shù)軸法應用例析

生命觀念是生物學學科核心素養(yǎng)的本質特征，具體體現(xiàn)為大概念，而核心概念則是大概念的下位概念。數(shù)軸可以化作時間軸，軸上閃動著科學發(fā)展過程中科學家思維的火花。用好、用足這一生物科學史教學資源，對于達成核心概念起著至關重要的作用。概念學習進階的數(shù)軸圖如圖1。

圖1 概念學習進階的數(shù)軸圖

（一）數(shù)軸法上的動物主要類群

針對動物的主要類群，教材按照進化的思路，從六類無脊椎動物到五類脊椎動物的進化方向展開，每節(jié)內容都彰顯了結構與功能這種生命觀念素養(yǎng)，其中也滲透了進化思想，但這種進化思想往往表現(xiàn)為隱性的思想。如何讓隱性的學科思想成為顯性的觀念呢？這就需要教師創(chuàng)造性地處理好《課程標準》、教材、學情這三者之間的關系，其中，教法選擇尤為關鍵。

數(shù)軸圖具體的繪制方法是，原點表示原始生命，從左往右，按照不同時間節(jié)點由遠到近排列，不同節(jié)點表示不同進化的生物類群，箭頭表示生物進化的方向。

在日常教學中，教師要精準識別學生前科學概念中的錯誤概念，按照循序漸進的原則，從填圖型概念圖過渡到獨立繪制概念圖，再到創(chuàng)造性地運用數(shù)軸呈現(xiàn)進化過程。在繪制動物主要類群概念圖（如圖2）的過程中，教師要發(fā)揮學生的主體作用，有效促進學生對學科思想的領悟，實現(xiàn)“1+1>2”的效果。

（二）數(shù)軸法上的植物主要類群

同動物主要類群一樣，也可將數(shù)軸概念圖應用于植物主要類群的新授課和復習課教學中，如圖3。這樣，不僅能很好地展示知識間的邏輯結構，也能創(chuàng)造性地促進結構與功能觀、進化與適應觀等生命觀念的建立。

圖2 動物主要類群數(shù)軸圖

圖3 植物主要類群數(shù)軸圖

（三）數(shù)軸法上的生物科學史

不同于生物類群示例，在植物的光合作用、動物的血液循環(huán)途徑的發(fā)現(xiàn)史中，也可以通過運用時間軸進行整體設計，以清晰直觀地展示進程，幫助學生整體把握知識。原點表示原始生命，按照從左往右的順序，數(shù)軸上面顯示時間和代表人物，圖中僅展示在這個領域的主要貢獻，如圖4。

需要注意的是，生物科學史可采取融入式和再創(chuàng)造等教學策略，對于同一學段高低年級進行梯度教學。隨著學生認知水平的發(fā)展，也可讓他們根據(jù)自己原有的經(jīng)驗，用自己的思維方式重新“創(chuàng)造出”有關生物學概念[5]。當然，對于不同學段要關注探究要求，如初中階段關注科學探究的過程，高中學段關注探究的結論。

圖4 血液循環(huán)的數(shù)軸科學史

圖5 “兩棲動物與爬行動物”教學范式

三、數(shù)軸法：一節(jié)課的教學范式

關注核心素養(yǎng)，聚焦學科思想，圍繞學科核心概念的教學設計，是有高度、有靈魂的教學[2]82。生物學學科知識體系大多分散分布，知識結構領域不夠良好。具體到日常教學中，多體現(xiàn)為事實性知識或現(xiàn)象。下面筆者以“兩棲動物與爬行動物”的教學為例，用數(shù)軸圖展示一節(jié)課的教學范式（參考安軍老師“一節(jié)教學范式”改編），關注基于證據(jù)的推測，用教學問題作為達成重要概念的主線，進一步廓清概念間的聯(lián)系（如圖5）。學生可根據(jù)自己的認知特點和思維方式，逐步繪制數(shù)軸概念圖，也可小組間比拼，以選出兼具創(chuàng)意性和科學性的最佳作品。

四、啟示與反思

（一）啟示

《課程標準》提出小而精的教學內容，刪繁就簡，體現(xiàn)生物學學科主干知識框架。數(shù)軸法有著明晰、直觀、易懂、順序明確且呈線性關聯(lián)等特征[6]。數(shù)軸法能體現(xiàn)核心概念到大概念的演進主線，便于學生了解不同類群的特征，有助于學生構建結構與功能觀、進化與適應觀等生物學核心觀念。而采用數(shù)軸模型教學生物科學史，可以使學生擺脫零散知識點的思維定式，更好地理解科學的本質以及科學研究的思路和方法。因此，數(shù)軸法對于落實學科思想、構建大概念、習得科學思維方法有較大的輔助作用，是落實生物學學科核心素養(yǎng)的有力抓手。

（二）反思

數(shù)軸法是一種線性思維模型，因此，運用數(shù)軸法進行單元設計時需要注意兩點：其一，應注意整套教材協(xié)同訓練，尤其是知識點分布在不同單元、不同年級時，更要提前滲透數(shù)軸法；其二，不是所有學習內容都適用數(shù)軸法，知識點間須體現(xiàn)進化思想且重要概念之間應存在線性聯(lián)系。當然，不是所有課型（復習課和新授課除外）都適合運用數(shù)軸法，應注意學生概念學習方法的多樣化?！酲?/p>