高中生物复习教学核心概念重构策略的案例研究_数学模型论文

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      核心概念是位于学科中心的概念性知识，包括重要概念、原理等基本理解和解释，它们相互组合构成了学科的基本骨架，这些内容既能展现当代生物学科图景，又是学科结构的主干部分。

      在高中生物学复习教学中，越来越多的教师认同“少而精”的观念，强调复习教学应聚焦于发展学生对核心概念的理解。核心概念具有统领一般概念和事实的作用，可以揭示一般概念之间的联系。因此，在高中复习教学时，采取一定的策略对生物学的核心概念进行重构，既有利于教师把握学科的整体架构，优化核心概念的教学，又有利于学生化繁为简，抓住重点，提高复习的针对性与有效性。本文结合教学案例，探讨几种核心概念的重构策略。

      一、借助概念图解，整合核心概念

      在高三复习教学中，运用概念图解，理清相近概念的层级关系和逻辑联系，是重构核心概念的一个重要策略。概念图是组织和表征知识的工具，它包括众多概念以及概念之间的相互关系。它是由节点和连线组成的一系列概念的结构化表征，其中的节点表示某一命题或领域内的各概念，连线则表示节点概念间的内在逻辑关系。在复习教学中，借助概念图解，将各种概念及其关系进行加工、概括，对已知或未知的知识进行层次排列，梳理与展示各类概念之间的内在联系，使之概括化、网络化。从而帮助学生组织和构建知识体系，有效建构与整合核心概念，提升复习效率。

      案例1 以“特异性免疫”为核心概念的整合策略：特异性免疫包括细胞免疫与体液免疫两部分，涉及巨噬细胞、辅助性T细胞、细胞毒性T细胞、效应细胞毒性T细胞、B细胞、记忆细胞、效应B细胞等众多概念及生物学知识，学生容易混淆。因此，在复习教学中，学生迫切需要将这些概念及其关系进行梳理。应用概念图解，可以帮助学生区分概念层次，呈现各概念的层级关系和逻辑联系，既达到整合与重构核心概念、构建知识体系的目的，又提升了复习效率。具体做法如下：

      首先，利用填空与判断的方式探知学生头脑中的前概念，如白细胞介素-2、抗原-MHC复合体、辅助性T细胞、细胞毒性T细胞、效应细胞毒性T细胞、B细胞、记忆细胞、效应B细胞等，诊断和纠正被学生误解的概念。

      其次，多媒体展示巨噬细胞、辅助性T细胞、细胞毒性T细胞、效应细胞毒性T细胞、B细胞、记忆B细胞、效应B细胞、白细胞介素-2、抗原-MHC复合体、抗体等概念，以小组合作的方式鼓励学生尝试构建细胞免疫和体液免疫的概念图解。作图的过程也就是学生思考、整合核心概念的过程，根据学生不同的理解程度，可做出不同的概念图解。

      最后，小组学生和教师共同参与评价、补充，建构出“特异性免疫”的核心概念图解（图1）。

      

      在复习教学中，对具有一定层级关系的概念或知识，以概念图解的形式进行整理，利用概念之间的内在联系，鼓励学生进行归纳，构建知识网络，使之概括化、网络化，使学生学会学习，并促使学生将陈述性知识向程序性知识转化，实现生物学核心概念的重构，从而提高复习的效率。

      二、运用类比教学，浅化核心概念

      在高三复习教学中，教师借助学生已掌握的知识或熟悉的事物、经验作为“锚例”，架构桥梁，通过“锚例”与核心概念的类比，探究与建构知识体系，化抽象为具体，变复杂为简单，便于学生理解和掌握，从而浅化核心概念。运用类比教学是重构核心概念的重要策略。

      案例2 以“染色体”为核心概念的浅化策略。染色体是生物学的核心概念，在高三复习中，以“染色体”为核心，可以拓展为染色体组、同源染色体、非同源染色体等。这些概念不仅重要，而且抽象，学生只有掌握了这些核心概念，才能判断细胞染色体的倍性，才能深刻理解多倍体育种和单倍体育种的原理。若采用类比教学来解释染色体组、同源染色体、非同源染色体的概念，就能使这些核心概念的教学浅显化、形象化。具体做法如下：

      首先，投影展示雌果蝇的染色体组成（图2A），以“手指”作为“锚例”来进行类比，即将X、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ染色体分别比作人的食指、中指、无名指和小指（如图2B，拇指除外），左手代表来自父方，右手代表来自母方。

      

      其次，引导学生开展以下活动类比同源染色体的联会、分离和染色体组。如左右手同名的手指并到一起代表同源染色体联会，分开时则代表同源染色体的分离；又如一组不同手指（如左手的4根手指，大小、形态各不相同）模拟一组非同源染色体，即是一个染色体组等。

      在复习教学中，对于某些抽象的概念，寻找特定的“锚例”，运用类比的方法将新知识与学生原有的经验或知识建立联系，变抽象为具体，变微观为宏观，从而降低问题的难度，浅化概念，实现生物学核心概念的重构。

      三、应用问题解决，剖析核心概念

      高三复习教学区别新课教学的一个重要特征是对学生的要求更偏重于提取信息、分析问题、解决问题等能力的培养。在教学中发现，学生对一些核心概念的理解仅仅停留在表面，在具体背景下应用核心概念解决问题的能力明显不足，甚至不知如何思考。而“问题解决”教学强调将学习设置在真实的、有意义的问题情境中，通过学习者或学习者之间的合作解决问题，对所应用的知识进行重组并内化，形成解决问题的技能，并发展学生的学习能力。可见，围绕核心概念设计一系列梯度性的问题，应用“问题解决”教学模式，是深入理解并应用核心概念的重要策略。

      案例3 以“反射与反射弧”为核心概念的问题解决教学。反射与反射弧是生物学的核心概念，复习的重难点在于分析反射弧的结构与功能。生物学是以实验为基础的学科，以特定的反射实验作为素材，通过实验设计与分析，以一系列不同梯度的问题作为突破口，引导学生在解决实际问题的过程中深入理解生物学的核心概念。具体做法如下：

      首先，以实验创设问题情境。多媒体展示2014年浙江高考理综31题脊蛙（无头蛙）反射实验，在具体背景下通过问题解决模式，引入反射弧组成与功能的复习。

      其次，以“问题串”指向核心概念。不同的问题具有不同的教学功能，不同的问题组合又往往大于各问题功能之和。根据实验素材，设计如下一系列具有梯度的问题：（1）完整的反射弧包括哪些元件？（2）屈反射和搔扒反射有什么区别？反射过程是如何进行的？（3）为验证反射弧的组成与作用，某同学提出了以下实验思路：取蛙1只，捣毁该蛙的脑，将其悬挂起来（如图3）。①用1%

溶液刺激该蛙左后肢的趾端，观察是否屈腿。②洗去

，再用1%

溶液刺激该蛙左后肢的趾端，测量该刺激与屈腿是否同时发生。③分离得到该蛙左后肢的坐骨神经腓肠肌标本，用电刺激直接刺激腓肠肌，观察其是否收缩。④用电刺激直接刺激上述标本的腓肠肌肌细胞，在坐骨神经上是否能测量到电位变化（说明：实验条件适宜；实验中的刺激强度足够；屈腿反射属于屈反射）。请回答：①设计表格，并将预测的实验结果与结果形成的原因分析填入表中。②为了验证屈腿反射中的反射中枢所在部位，在上述实验的基础上写出第⑤项实验思路。

      

      最后，以小组讨论形式解决问题。针对上述一系列不同梯度的问题，学生表现出较强的探究欲望，教师引导学生理清问题的指向，分析实验的自变量、因变量，组织学生进行课堂讨论，促使学生深度理解和剖析反射弧的结构和功能这一核心概念，提高学生在具体情境中应用核心概念解决问题的能力。

      在高三复习教学中，如光合作用与细胞呼吸、生物变异与遗传育种、种群的数量增长与调节等都需要学生在解决实际问题的过程中学习生物学的核心概念。以具体背景为问题情境，通过设置一系列具有梯度的“问题串”设计教学活动，引导学生指向核心概念进行学习，能促进学生通过独立思考剖析问题，在分析和解决问题的过程中，形成对核心概念的深入理解。

      四、构建生物模型，深化核心概念

      在复习教学中，存在着很多内容抽象、含义相近的概念，如兴奋的产生、传导与传递，染色体组与染色体组型，交叉互换与相互易位，基因突变与染色体缺失等。学生容易混淆，无法准确区分与运用，教师在教学过程中可以借助生物模型，深化核心概念，提高复习效果。模型是人们为了某种特定目的而对认识对象所做的一种简化的概括性的描述。生物学模型主要包括概念模型、物理模型和数学模型3大类。在复习教学中，引导学生构建生物模型，有利于突出生物学核心知识，使核心知识与相关知识建立联系，使零碎知识网络化、系统化，便于对核心概念的理解与深化。

      案例4 以“神经冲动的产生与传导”为核心概念的复习。“神经冲动的产生、传导和传递”在《浙江省高考考试说明》中是Ⅱ类要求，要求学生能够在复杂的情景中综合运用相关知识进行分析、判断、推理和评价，该部分也是近几年浙江生物高考的热点和难点。试题往往以物理模型（电流计）或数学模型（曲线）的形式进行考查，通过考查电流计的偏转情况、曲线的来源、形成原因及变化情况来检测学生对该知识的理解和掌握情况。若教学时以构建生物模型作为主要策略，对神经冲动的产生与传导的概念模型、数学模型、物理模型等经典模型进行探究，能促使学生在学习过程中发展分析解决该类问题的能力，以提高复习的效率。具体做法如下：

      首先，构建概念模型。即多媒体展示神经系统、神经、神经元、神经纤维、轴突、树突、胞体、支持细胞、产生兴奋、传导兴奋等易混淆的基本概念，以小组为单位，鼓励学生尝试构建“以神经元为核心的概念模型（图4）”，并进行简要解读。

      

      其次，数学模型到物理模型的转换。即以“神经冲动的产生”这一经典数学模型为原型，在明确横纵坐标、曲线含义的基础上，以小组合作方式，布置活动任务，要求学生尝试利用图5中的元件构建物理模型。

      

      再次，物理模型到数学模型的转换。即布置学生活动任务：若某神经纤维上连接有多个电流计，记录其接受刺激后（如图6）某时刻各电流计的读数。请以离刺激点距离为横坐标，电流计读数为纵坐标，作曲线图。在学生合作讨论的基础上，由学生代表板演的方式完成动作电位传导的教学。

      

      最后，模型比较。即教师投影展示“神经冲动的产生”和“神经冲动的传导”2个数学模型（图7）。引发学生讨论对比2个经典数学模型的差异，促进学生对“神经冲动的产生”和“神经冲动的传导”2个核心概念的深入理解。

      

      建立模型是科学研究的基本方法。在高三复习教学中，围绕核心概念，以教材和习题中的模型为蓝本，通过适度改编与转换进行模型的二次建构，是拓展和深化核心概念的重要策略。例如，在复习种群的增长方式时，初次建构的数学模型反映的是种群数量随时间变化的曲线，但在二次建构时，可考虑将种群数量转换为种群增长速率。又如，在复习细胞增殖时，初次建构侧重的是有丝分裂的染色体行为变化的物理模型，但在二次建构时，可从有丝分裂拓展到减数分裂，从物理模型转换到数学模型等。建模教学的目的是让学生领悟建立模型的科学方法及其在科学研究中的作用，并在模型构建的过程中加深对生物学核心知识和概念的理解，以提升学生的生物学素养。

      总之，高三的复习教学关键在于核心概念的二次建构，针对不同的概念类型和教学内容，选择概念图解、类比教学、问题解决、模型建构等策略进行核心概念的重构，是提高复习教学的重要策略。

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