模型构建与支架式教学研究

摘要：以“生态系统的物质循环”一课为例，阐述如何基于最近发展区理论的核心理念，通过模型构建，组织和实施支架式教学。其教学实施涵盖3个环节：通过概念模型构建，搭建初始化教学支架；通过实例模型构建，搭建深化型教学支架；借助学生的实践类模型，测评和反馈教学成效。基于最近发展区理论的建模教学模式，能辅助学习者逐步掌握知识的维度、广度和深度，对生物学核心素养的落地具有重要的实践作用。

关键词：模型构建；支架式教学；物质循环

支架式教学的核心涵盖2种水平，即学生现有发展水平和潜在发展水平。学生现有发展水平表征为独立完成任务的能力；学生潜在发展水平表征为基于教师的指导和帮助，最终独立完成任务的能力。这2种水平在认知上存在的差距，称为最近发展区。在教学过程中，依托多组层级式支架的搭建，帮助学生顺畅地涉过最近发展区，获取高阶认知的教学模式，即为支架式教学。支架式教学的构建流程如图1。模型构建从属于生物学学科核心素养的科学思维范畴，其作为一种现代科学认知手段和思维方法，所提供的观念和印象不仅是人们获取知识的条件，更是人们认知结构的重要组成部分。基于模型构建的支架式教学倡导探究性学习，注重联系现实生活、注重以学生为主体，强调将认知及反思过程还给学生，将参与探究的机会还给学生，将动手和动脑、培养主动获取新知识的能力、批判性思维的能力、分析和解决问题的能力，以及交流与合作的能力的机会还给学生。这种教学能充分调动学生的学习积极性，培养学生的思维探究能力，促进了学生之间的交流与合作。生物学课堂中，基于模型构建实施支架式教学，原则上，既要保持学生独立人格的探究本性，依据学生已有的实际发展水平，对生物学概念进行自主构建；又要秉承协同合作、互动交流的探究精神，完成层级式支架图的意义构建。本文基于最近发展区的核心理念，以“生态系统的物质循环”一课教学为例，重点陈述如何依托建模，组织和实施支架式教学。

1通过概念模型构建，搭建初始化教学支架

概念模型指以某一区域应用为目的，借助语言、文字、图文和符号等形式，对真实世界系统信息进行抽象和简化的一种形式。构建后的概念模型通常呈现形象化、直观化和生动化的特征。《普通高中生物学课程标准（7年版）》（以下简称“新课程标准”）要求“教学活动不应仅仅停留在让学生记住一些零散的生物学事实的层面上，而是要通过对事实的抽象和概括，帮助学生建立生物学概念，并以此来构建合理的知识框架，为学生能够在新情境下解决相关问题奠定基础”[1]。因此，教师应先通过课前与学生交流，从知识、认知层面上掌握学生现有的发展水平。再依据新课程标准的目标达成，找出二者之间的最近发展区，最后，通过概念模型构建，搭建初始化教学支架，可视化、简易化地呈现教学内容。支架式教学的首要任务是依据“最近发展区”原理，通过学生的自主学习或协作学习构建概念支架图。例如，在“生态系统的物质循环”一课的初始教学中，首先，应紧扣“生态系统概念”这个支架，搭建第1个知识层级。依托学生现有的发展水平，即相关生态系统组成成分的认知贮备，构建最简单的生态系统模型（生物群落+无机环境）。其次，紧扣“物质循环概念”这个支架，搭建第2个知识层级。以DDT的分布资料和核辐射的分布资料（资料1：施用农药DDT的地区，虽然占陆地面积的小部分，可是在远离施药地区的南极，动物体内发现了明显高于环境含量的DDT；资料2：1年日本福岛县发生里氏级地震，导致该县核电站反应堆发生爆炸，核蒸汽泄漏。核辐射物质随风传播至中国大陆、俄罗斯等广泛地区），引导学生进行情境式体验，开展师生间协作，构建“物质循环概念”模型。最后，再根据“生物群落概念”这个支架，对生态系统“物质循环概念模型”进行修正、完善，搭建第3个知识层级，即“生产者、消费者、分解者和无机环境”四者间的物质循环模型。至此，学生在自主学习和协作学习中，借助概念模型的支架式构建，顺利地完成了“生态系统物质循环”知识网络的构建（图2）。图2“生态系统物质循环”知识网络构建流程图通过概念模型构建，以评估学生的现有发展水平为起点，由浅入深搭建初始化教学支架，逐步细化至各层级知识点间的纵向联系，直观地反映生物学概念的本质内涵。

2通过实例模型构建，搭建深化型教学支架

实例模型指运用模型构建的原理或方法可视化相关生物学知识，例如，概念图、概率计算、样方调查、细胞模型、DNA的双螺旋结构等[2]。利用实例模型构建实施支架式教学，教师要引导学生自主学习、合作学习和探究学习，使静态的课堂演进成互动式对话课堂，使理论性的课堂演进成生命课堂。借助实例构建支架式教学流程，渗透良好的生态意识和健康文明的生活方式。基于实例模型的支架式教学能否反映生物学核心素养目标，关键在于通过鲜活实例的支架图构建，使学生获取解决生产、生活问题的担当和能力。例如，在“生态系统的物质循环”一课的实例拓展（碳循环）教学中，首先，依托关键问题“无机碳的存在形式是什么？”为支架，搭建第1个知识层级，引导学生参照图2得出：在“无机环境和生物群落”构成的简单模型中，碳元素主要是以CO2的形式流通的。一方面CO2主要通过光合作用进入生物群落，另一方面CO2通过生产者和消费者的呼吸作用、分解者的分解作用返回无机环境。其次，依托关键问题“有机碳的存在形式是什么？”为支架，搭建第2个知识层级，引导学生参照图2得出：在生物群落中，碳是以含碳有机物的形式进行传递和流通的。最后，依托关键问题“化石燃料如何生成和分解？”为支架，搭建第3个知识层级，联系现代工业的发展、人类大量燃烧煤、石油等化石燃料的事实，引导学生得出：生物群落中的有机碳，在地层中经过千百万年的积存才能形成化石燃料，而人类的活动却能在很短的时间内就将其释放至无机环境，化石燃料生成和分解方式上的严重不平衡，是导致环境恶化（例如，温室效应等）的根源，借此帮助学生建立崇尚健康文明的生活方式，引导他们成为健康中国的促进者和实践者（图3）。图3“碳循环”知通过分步设置关键问题作为支架，搭建碳循环模型支架图，使教学有条不紊地层层推进，这不仅有助于学生思维张力的保持，也有助于凝聚课程的基本问题，避免教学的碎片化。

3借助学生的实践类模型，测评和反馈教学成效

实践类模型指在模型构建教学过程中，教师根据学生完成的情况，从每个活动小组中挑选出具有典型特征的模型构建图，组成教学反馈案例进行现场教学测评与反馈。在模型构建的支架式课堂教学效果评价中，通过从学生实践的过程中组建一系列模型构建案例，既能直观地建立知识和考查2种方式间的联系，实现由所学知识理论到试题文本的知识迁移；又能借助此种形式，使相关生物学问题的内涵与外延变得更清晰，让学生的学科核心素养在寻求答案时得到检验。评价教学体系端就是依据教学目标对教学过程中的各种因素及其综合结果作出科学判定。旨在为进一步改进教学工作提供可靠依据，使教学按一定的方向和水平有序地达到既定目标[3]。在“生态系统的物质循环”一课的评价教学体系端，教师可依据现场学生完成的相关模型，组建试题文本。例如，笔者在现场实施完此课后，以“生态系统物质循环模型”为焦点，现场从学生构建的模型中，组建了下面这道检测题。下面是3位学生分别构建的不同层次的生态系统碳循环示意图，请先仔细分析3个模型构建图，然后找出错误的选项A.3幅图中生产者都是AB.图甲中C能促进生态系统的物质循环和能量流动C.图乙中A、B、D、E构成群落，碳在其中流动的形式是有机物D.若使图甲、图乙、图丙完整表示碳循环，需补充化学燃料燃烧产生CO2该题的答案为A。此题的创设依据来源于新课程标准学业要求：“使用图示等方式表征并说明生态系统的物质循环、能量流动和信息传递的过程和特征，并对相关的生态学实践应用作出合理的分析和判断”[1]。此题的关键词是“碳循环”，解题的思维迁移是搭建如图3所示的“碳循环模型”构建图，通过彼此间的对比、观察，即能得出答案。这种考查方式，更符合学生思维发展水平，更容易实现知识的迁移，也更容易检验学科核心素养的发展水平。借助学生的实践活动提炼、组建试题，能起到现场解决学生学习疑惑的功能，同时也间接地反馈了这节课的教学效果。

主要参考文献

［1］中华人民共和国教育部.普通高中生物学课程标准（7年版）.北京：人民教育出版社，8：26-.

［2］赵萍萍,刘恩山.新课程标准理念下的高中生物学建模教学策略.生物学通报,,(2):.

［3］左开俊.以跨学科知识渗透深化生物学教学育人价值.天津师范大学学报（基础教育版）,1,22(1)：88.

作者：左开俊 单位：江苏省震泽中学