張慧凱 吳佳林

（浙師大附屬蘆江書院 浙江寧波 315800）

2022年4月，《義務(wù)教育生物學(xué)課程標準（2022年版）》（以下簡稱《課程標準》）正式頒布，對當(dāng)前的生物學(xué)教學(xué)提出了新的要求?！墩n程標準》提出“教學(xué)過程重實踐”的課程理念，要求教師關(guān)注學(xué)生學(xué)習(xí)過程中的實踐經(jīng)歷，通過實踐加深學(xué)生對生物學(xué)概念的理解，提升應(yīng)用知識的能力。《課程標準》在每部分課程內(nèi)容后配套了相應(yīng)的教學(xué)提示，強化了“怎么教”的具體指導(dǎo)，給教學(xué)帶來了便利。盡管新授課的指導(dǎo)更加清晰，但新形勢下如何更好地開展生物學(xué)復(fù)習(xí)課教學(xué)，《課程標準》在教學(xué)指導(dǎo)中并未提及，很多教師也依然感到無從下手。

復(fù)習(xí)課是在學(xué)生學(xué)習(xí)到某一階段后進行的，主要作用是加強學(xué)生對知識的理解和記憶，通過及時梳理來防止學(xué)生遺忘，其在教學(xué)中的地位不言而喻。但復(fù)習(xí)時，學(xué)生對概念已經(jīng)沒有新鮮感，課堂上很容易出現(xiàn)效率不高、思維含量不足、甚至大量堆砌習(xí)題等現(xiàn)象。為在復(fù)習(xí)課中落實教學(xué)實踐，響應(yīng)新課程理念，筆者提出了利用模型建構(gòu)的策略來助力生物學(xué)復(fù)習(xí)，旨在訓(xùn)練學(xué)生思維、滲透生物學(xué)學(xué)科思想，幫助學(xué)生建立學(xué)習(xí)方法，從而更高效地達成教學(xué)目標。

1 模型建構(gòu)策略下的初中生物復(fù)習(xí)課路徑

《課程標準》明確將“建?！弊鳛榘l(fā)展科學(xué)思維的基本方法之一，在義務(wù)教育段生物教學(xué)中，一般將模型分為：物理模型、概念模型、數(shù)學(xué)模型3種。物理模型一般指能直觀地表達認識對象的特征的實物或圖畫。概念模型指用文字或符號表達各類對象的特征、關(guān)系的模型。數(shù)學(xué)模型指以數(shù)學(xué)形式描述一個系統(tǒng)或其性質(zhì)的模型。在復(fù)習(xí)課中，教師可巧妙利用這三種模型的特點，以學(xué)科知識內(nèi)在邏輯為主線，由現(xiàn)象到本質(zhì)，從定性到定量。筆者構(gòu)建了如圖1所示的復(fù)習(xí)課教學(xué)路徑。

圖1 模型建構(gòu)策略下的初中生物復(fù)習(xí)課路徑圖

植物的新陳代謝是初中生物的核心知識，主要包括光合作用、呼吸作用、蒸騰作用等內(nèi)容。下面以復(fù)習(xí)課“植物的光合作用和呼吸作用”為例。

2 基于模型建構(gòu)策略下的復(fù)習(xí)課教學(xué)案例

2.1 考情分析

光合作用和呼吸作用是初中生物學(xué)體系的核心內(nèi)容，也是中考命題的熱點。近年來，命題專家已不再僅僅滿足于考查兩大作用的場所、產(chǎn)物、單一影響因素等陳述性知識，更趨向于命制真實情境下涉及光合作用和呼吸作用的綜合性試題，旨在考查學(xué)生關(guān)鍵能力和生物學(xué)核心素養(yǎng)，常見題型有圖表題、說理題等。因此，學(xué)生單靠淺層記憶很難在學(xué)業(yè)測評中取得優(yōu)勢，教師在平時需要培養(yǎng)學(xué)生的綜合分析、建模、深度思考的能力。

2.2 學(xué)情分析

本節(jié)課的授課對象是中考二輪復(fù)習(xí)的初三學(xué)生，經(jīng)過前面的新課教學(xué)和一輪復(fù)習(xí)，已經(jīng)較好地掌握了光合作用和呼吸作用的基本知識。但是，大部分學(xué)生很難將所學(xué)知識與生產(chǎn)、生活實際聯(lián)系，面對復(fù)雜多變的坐標曲線類圖像題。更是無從下手。其原因是學(xué)生對光合作用和呼吸作用之間的內(nèi)在本質(zhì)關(guān)系理解不深，對真光合作用速率、凈光合作用速率和呼吸作用速率間的關(guān)系不能辨別。所以，在本節(jié)課上，教師采用逐步建模的方法，幫助學(xué)生深入理解光合作用和呼吸作用。

2.3 教學(xué)目標

①理解并掌握光合作用和呼吸作用強度之間的關(guān)系，理解凈光合作用的含義，理解圖像中某些點、線段所表示的意義。

②能夠運用呼吸作用和光合作用原理分析外界條件對植物生長影響，培養(yǎng)分析問題的能力。

③通過對光合作用和呼吸作用的理解，了解其在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用，體會科學(xué)來源于生活又服務(wù)于生活。

2.4 教學(xué)過程

2.4.1 創(chuàng)設(shè)情境，激活舊知

上課伊始，教師組織學(xué)生觀看夏天多地高溫紅色預(yù)警的視頻，從學(xué)生的親身體驗出發(fā)，提出問題：二氧化碳是一種最常見的溫室氣體。為應(yīng)對氣候變化，我國提出2060年前實現(xiàn)“碳中和”，即通過一些措施使二氧化碳凈排放量降為零。請簡述能改變大氣中二氧化碳含量的例子。對于上述問題，學(xué)生很輕易就想到綠色植物的光合作用和呼吸作用。教師追問：綠色植物的新陳代謝與大氣中的二氧化碳含量的變化息息相關(guān)，請回憶：①植物光合作用、呼吸作用的發(fā)生分別需要什么條件？②它們在怎樣的場所中進行的？③它們對植物體的生長發(fā)育有怎樣的意義？④它們對人類的生產(chǎn)生活又會帶來怎樣的影響？在教師環(huán)環(huán)相扣的問題串中，學(xué)生完成對舊知的梳理，喚醒大腦中沉睡的知識。

設(shè)計意圖：復(fù)習(xí)課不同于新授課，需要在原有的知識基礎(chǔ)上進一步挖掘、拓展，以加深學(xué)生的理解。因此，教師首先要引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)知識規(guī)律，在具體問題情境的刺激下激活學(xué)生頭腦中原有的知識。

2.4.2 漸構(gòu)模型，厘清概念

學(xué)生在梳理了光合作用和呼吸作用基本知識后，總結(jié)歸納光合作用、呼吸作用、蒸騰作用的關(guān)系，初步形成概念模型A（圖2）。

圖2 植物“三大作用”概念模型圖A

教師引導(dǎo)學(xué)生思考：概念模型A通過簡單的連線將綠色植物的三大作用聯(lián)系起來。但是，該概念模型無法清晰表示出關(guān)鍵氣體的利用和流向。樟樹是寧波的市樹，被廣泛種植在寧波的道路兩旁。請將學(xué)案上“樟樹葉片”圖像補充完整，以“葉片”為載體進行繪制，要能展示出氣孔的開閉、CO2、O2氣體的吸收和排放等特點。學(xué)生小組討論，在學(xué)案中完成繪制，進一步形成概念模型B（圖3），并展示、介紹。

圖3 植物“三大作用”概念模型圖B

教師總結(jié)：從上述模型可以看出，綠色植物的葉片既會吸收CO2，又會產(chǎn)生CO2，因此單純考慮光合作用或呼吸作用中的一種沒有意義，必須將兩種作用結(jié)合起來考慮。而兩種作用對CO2的吸放情況是相反的。因此，教師自然而然地提出問題：概念模型B能否幫助搞清楚綠色植物對大氣中CO2含量的影響這一問題？當(dāng)現(xiàn)有模型無法解決問題時，學(xué)生自發(fā)地進行思考并明確，模型必須能反映出光合作用和呼吸作用的強度。教師布置任務(wù)：請以CO2為中間橋梁，從“葉片”模型中抽離出單個葉肉細胞模型，以線粒體作為呼吸作用主場所，以葉綠體作為光合作用主場所，繪制CO2、O2的氣體流動方向，從而羅列出CO2的吸放情況。學(xué)生比較呼吸作用和光合作用的強度，分類討論后完成葉肉細胞CO2流動模型圖的繪制，形成概念模型圖C（圖4）。

圖4 葉肉細胞CO2流動概念模型圖C

設(shè)計意圖：CO2的含量變化涉及到植物的兩種生理作用，對絕大多數(shù)學(xué)生而言較抽象。因此，教師基于最近發(fā)展區(qū)理論，在學(xué)生的原有的認知水平上，引導(dǎo)學(xué)生逐步建構(gòu)概念模型，循序漸進，由表及里，根據(jù)生物學(xué)模型的科學(xué)性和簡明性，去粗取精，較好地反映出植物生理作用的本質(zhì)特征和內(nèi)部規(guī)律，有效解決問題，達成教學(xué)目標。

2.4.3 深化模型，提升思維

在學(xué)生展示概念模型C后，教師進一步提問：在生物學(xué)研究中，除了用圖像之外，還可用數(shù)學(xué)關(guān)系表示作用關(guān)系的強弱?；谏鲜鏊姆鶊D，請用公式表示光合作用與呼吸作用中所對應(yīng)CO2的關(guān)系。學(xué)生思考后，利用公式對單個葉肉細胞建構(gòu)數(shù)學(xué)模型：

①葉綠體固定的CO2量=從外界吸收的CO2量+線粒體釋放的CO2量。

③釋放至外界的CO2量=線粒體釋放的CO2量-葉綠體固定的CO2量。

根據(jù)學(xué)生的模型，教師聯(lián)系農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實際，進行解釋：日常所測定的光合作用速率是根據(jù)釋放到外界的CO2量測定的，其已經(jīng)受到了呼吸作用的影響，并非植物真正進行光合作用的速率，被稱為凈光合速率。至此，學(xué)生對課堂之初“碳中和”中的解釋——“CO2的凈排放量”中的“凈”字有了更深層次的體會。隨后，教師進一步深化數(shù)學(xué)模型，以整株植物體為研究對象，要求學(xué)生繪制出夏季晴朗的一天中，樟樹的CO2吸收量的變化示意圖，并對圖中曲線的各段變化情況進行解釋（圖5）。

圖5 樟樹CO2吸收量變化示意圖

設(shè)計意圖：數(shù)學(xué)模型可表達的內(nèi)容可以是定量的，如公式中的等量關(guān)系，也可以是定性的，如折線圖中的升降變化情況。在經(jīng)歷建構(gòu)概念模型、繪制物理模型后，教師抽離出數(shù)學(xué)模型，引導(dǎo)學(xué)生解釋曲線的起點、折點、交點等特殊點的生物學(xué)含義，理解整個曲線變化趨勢的內(nèi)在原因。這時，學(xué)生對植物體生命活動三大作用的理解已經(jīng)有了質(zhì)的提升，也為后面的解決問題打下了良好的鋪墊。

2.4.4 運用模型，解決問題

通過模型的建構(gòu)，學(xué)生根據(jù)植物一天中CO2吸收量變化示意圖，提出增加綠色植物進行“碳中和”能力的措施。在學(xué)生提出單個因素后，教師再度追問：溫度會同時影響植物的光合作用、呼吸作用和蒸騰作用，請觀察三種生理作用與溫度的關(guān)系圖，選出植物“碳中和”的最適宜的溫度。教師利用復(fù)雜的影響情況圖，培養(yǎng)學(xué)生多角度、多方面考慮問題的能力，提升學(xué)生的高階思維。

設(shè)計意圖：通過數(shù)學(xué)模型中折線圖的分析，學(xué)生很輕易就能講出增加光照時間、適當(dāng)增強光照強度（利用清潔能源中所含能量轉(zhuǎn)化成光能）、找到光合作用和呼吸作用的最適溫度等手段。教師創(chuàng)設(shè)真實的情境，引導(dǎo)學(xué)生利用所建構(gòu)的模型去解釋、解決實際問題，達到知識的遷移與應(yīng)用。另外，教師還可以和學(xué)生分享前沿科技知識，講述中國科學(xué)家通過基因工程從而控制植物午間氣孔的開閉情況增強光合作用的事例，激發(fā)學(xué)生的愛國熱情和學(xué)習(xí)生物的積極性。

2.5 教學(xué)反思

建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論認為，真正的學(xué)習(xí)應(yīng)是主動建構(gòu)的，而采用模型建構(gòu)的復(fù)習(xí)方法能較好地實現(xiàn)這種教學(xué)主張。在課堂中，學(xué)生對原有的知識信息進行再加工、處理，建構(gòu)出能解決問題的模型，并借助模型，使得頭腦中的生物學(xué)概念更形象化、簡約化和直觀化。本節(jié)課上，教師基于學(xué)生的認知規(guī)律，設(shè)計了真實情境下的探究問題，使學(xué)生體驗到了模型建立對解決問題帶來的幫助，并經(jīng)歷了從粗糙到精細、從形象到抽象、從定性到定量的建模過程，從而深層理解知識。由于學(xué)生建模時，筆者多采用啟發(fā)式教學(xué)來鼓勵繪制，留給學(xué)生自發(fā)交流、討論、展示的時間較長，因此課堂最后留給問題解決的時間不是很多，對于基礎(chǔ)較差的學(xué)生可能訓(xùn)練不夠充分。另外，由于時間有限，最后筆者沒有引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)、強化模型和建模的重要性，即“是獲得知識的重要途徑和方法”。本節(jié)課主要采用了概念模型和數(shù)學(xué)模型，教師若有時間，可在結(jié)課時補充物理模型的介紹，以此讓學(xué)生對模型形成完整的認識。