用系统模型构建初中生物学重要概念
用系统模型构建初中生物学重要概念
摘 要 在初中生物教学中，用构建系统模型的方式来帮助学生将零散知识构建成网络化的生物学重要概念，促进学生对生物生命观念的理解，并将其用于生活实践，提高学生的高阶能力。
关键词 系统模型；生物学重要概念；高阶能力
在初中生物新课教学中，一般就是学习几个知识概念，比较零散，不利于从更高层面整体层次来理解生命观念，不利于落实生物核心素养，而复习课恰好给了我们一个构建生物重要概念的机会。目前老师们上的复习课，有些是新课的缩减版、零散知识的重复记忆或者背书，这样的复习课无趣，对知识的认知又没有多少提高升华。有意义的复习课应该要将新课中所学的零碎知识进行构建整合，强化主干知识，加强学科内知识点间的联系，帮助学生建立生物学重要概念，理解生命系统的运作过程，才能真正理解生命观念，对生物知识获得新的感悟，引领学生从身边的生命现象中抓住体现现象本质的问题，学会解决问题，提高学生的高阶能力，这也无形中提高了学生的学习能力。当今社会，科学技术、信息技术飞速发展，“学会学习”是衡量选拔人才的重要标准,也是当今社会人类生存的基本需求，如果只会死记硬背知识，不能从整体上去分析事物，势必会被社会淘汰。
在引导学生构建生物学重要概念过程中，其实就是构建系统模型的过程。模型可使所表征的事物简化或抽象化，可以对事物进行描述、解释和预测；有助于人们沟通彼此的观点和加深对事物的理解[1]。系统模型主要关注系统的运作方式，如血液循环过程、运动的产生过程、绿色植物促进生物圈水循环的过程等。在构建系统模型的过程中，还有利于提高学生综合运用分析性、创造性和实践性思维的高阶能力[2]。在教学复习实践中，笔者多次用系统建模来帮助学生建构生物学重要概念，对所学知识进行了融会贯通，使生物学习变得更有趣、更有意义，考试中也取得了较好的成绩，同时还提高了学生解决问题能力、知识迁移能力、批判性思维等能力。以下举例说明笔者在生物复习课中如何应用系统模型来帮助学生构建生物学重要概念，提高学生的高阶能力。
一.系统建模的主题选择
现行2011版《义务教育生物学课程标准》列出了初中生物教学中50个重要概念，如细胞是生物体结构和功能的基本单位；生物与环境相互依赖、相互影响；被子植物的一生；绿色植物对生物圈有重大作用；人体各个系统间通过相互联系、相互协调来共同完成生命活动；动作的完成依赖多个系统的协调配合；不同生物的特征不同，在生物圈中的作用也不同，保护生物的多样性极为重要[3]；生物体物质和能量的获取......等等。这些重要概念都可以作为我们系统建模的主题选择，选择的依据是这个主题能体现一个观点，在学生离开学校多年后，还能明白产生这个生命现象的原理是什么。换句话说就是能体现核心素养中的生命观念的主题。
二．系统建模的课前导入
创设合适的情境来导入新课能够引发学生的思考，激发学生的求知欲，同时也是引导学生形成生命观念的铺垫。这就需要我们在教学中为学生提供一些事实性资料、具体活动等生活、社会和身边的情境引导学生发现问题、提出问题、分析问题、解决问题，从而构建生物学重要概念系统模型。学生在真实情境中解决问题，不但学习知识，而且提高自己的高阶能力，同时增强他们的社会责任感。此外，为提高复习效率，学生课前要掌握跟该主题相关的知识点，因此老师要在课前梳理与本主题有关的知识点，让学生课前理解掌握该主题下的各个细化知识点。课上再让学生回忆所学知识来尝试解决课前导入中所提出的问题。
如复习课《动作的完成依赖于多个系统的协调配合》一节中，让学生原地跳50个，说说自己有什么感受，跟人体什么生理过程有关，由此引出动作的完成需要依赖一定的结构，需要能量，能量的获得需要多个系统的协调配合等。如复习课《绿色植物对生物圈有重大作用》中，笔者拿着一个苹果，问学生们：“这个苹果能给你提供什么？”“苹果树对自然界有什么作用？”“绿色植物对生物圈有什么重大作用？”从而导入新课。再如《健康地生活》一节复习中可这样的事实导入：出示2020新冠肺炎疫情地图和感染人数和死亡人数，接着问：2020新冠肺炎已经夺走了成千上万条性命，多国采取封国封城来抵抗这个疾病，大家都在关注这个疾病，特别是疫区的人们更是小心翼翼地预防着，谁都想健康地活着，怎样生活才能拥有健康的身体呢？通过近两年的生物学习，你认为我们该如何健康地生活呢？引导学生回忆之前所学，边说边写学生的答案，由此一步一步带着学生构建系统模型。
三．系统建模的课堂组织
要根据不同的学情设计不同的教学环节。如果学生是初次进行这样的复习，老师可以带着学生一步一步构建系统模型。在建模教学过程中，可以设计一串高质量的递进式问题，激发学生的求知欲，引导学生对知识进行持续性的自主建构，让学生在问题解决中学习知识，这样可以启发思考、启发探究，也就慢慢提升了学生的高阶能力。如《动作的完成依赖多个系统的协调配合》一节复习中，在学生原地跳50下后，设置如下问题串：“有什么感受？跟哪些系统有关？运动时需要的能量从何来？细胞中的有机物和氧气从何而来？有机物和氧气通过什么系统运输给细胞？”等问题，寻根溯源，最后追寻到我们运动时所需的能量是来自太阳能。在这个过程中，复习了消化系统、呼吸系统、循环系统、神经系统、运动系统，各个系统间如何协调配合，最后构建一个比较完整的能量获取过程的系统模型（如图1），同时形成生命观念：结构功能相适应观、物质与能量观等。在这个过程中引导学生认识到生命是个复杂有机的系统，这个系统可以分成多层级结构，各层级结构又可看成单个系统，同层级和不同层级的系统间又有联系[4]。这样构建系统模型的过程中还促进了系统思维的形成。“系统思维”是21世纪所需的重要技能[5]，学生运用这一技能“在复杂系统中，分析作为整体的各个部分之间是如何相互作用以产生总的结果的”[6],且这种思维方式可促进学生科学思维的发展，并帮助他们构建良好的概念体系[7]。
再如《绿色植物对生物圈有重要作用》一节中，通过情境导入后，引导学生依次解决问题：①绿色植物通过什么途径参与生物圈的水循环？②如何为生物的生存提供了物质能量来源？③绿色植物如何帮助维持大气中二氧化碳和氧气的平衡？在解决问题①时，构建“植物参与生物圈的水循环”的系统模型（如图2），在这个过程中，复习了植物体根茎叶等结构；在解决问题②和③时，主要复习了植物的光合作用和呼吸作用，同时构建“植物为生物的生存提供了物质和能量来源”系统模型（如图3）；植物是一个有机整体，蒸腾作用、呼吸作用和光合作用等生命活动的过程是不能独立进行的，那这些生命活动是如何有机联系在一起的？最后再以二氧化碳的循环串起三者间的关系：植物通过光合作用将二氧化碳转化成有机物储存在植物体中，光合作用的过程需要水的参与，植物体内水的获得要通过蒸腾作用促进根对水的吸收和运输，在进行这些生命活动的时候，需要能量，能量的获得需要细胞进行呼吸作用释放能量，以此同时，将二氧化碳排出植物体外。植物在进行蒸腾作用的时候，还促进了生物圈的水循环；进行光合作用时，给地球上所有的生物提供了物质和能量，这样就构建了如图4这样的“光合作用、呼吸作用和蒸腾作用间的联系”系统模型。在进行这样的系统建模学习时，无形中有助于学生形成结构功能相适应观、物质与能量观等生命观念以及社会责任。
如果整体学生水平较好，或者已经进行过系统建模的训练，导入后，可以让学生先自行构建系统模型，然后展示交流他们的作品。在展示交流过程中互相参考互相启发，最后再让学生修正自己的作品。
四．系统建模的评价反馈
学生是否真正理解所学知识，真的形成系统观，真的形成生命观念，可用综合性比较强的题目来检测。试验研究表明，能理解建构出完整的系统模型的学生，解答综合题类的题目时能得心应手，只能记忆零散知识的孩子，解答综合题类的题目就很吃力。如题：<span style="mso-sp style="font-family:宋体;line-height:150%;font-size:16px"=""> 控制，此外还受到 调节。
（2）他伸手扑球时，肱三头肌 （收缩/舒张）牵引[A] 绕着[B] 活动，完成“神扑”。从行为获得的途径看，扑球是 行为。
（3）扑球这个动作中所需要的能量是由肌肉细胞通过[G] 作用释放而来的，这个过程需要由[D] 系统获得有机物、[E] 系统获得充足的氧气，并由[F] 系统输送至肌细胞中进行。有机物中的能量是由植物进行 作用将 转化为化学能储存而来的。
（4）“神扑”还依赖于灵活的结构B，B的结构模式图如图二所示，图中[①] 和 [④]的表面上都有[⑤] ，而且[③] 中还有滑液，这些都能减少骨与骨之间的摩擦；尽管在扑球，但腕关节也不易受伤，主要是因为关节周围有[ ] 包裹着。
五．系统建模的复习效果
在日常新课教学中，常常是单独学习某一个或几个知识点，一个章节结束后，如果没有进行总结归纳，将各个知识点进行梳理，学生获得的知识常常是支离破碎的，对知识是一知半解的，学生不易从整体上去认识生命是什么，生物是如何进行各种生命活动的。像这样。将相互关联的知识从整体上加以理解建构应用，能从整体上去理解生命是什么，实现对生物学核心素养的理解。
综上所述，在生物复习教学中用系统建模来构建生物学重要概念来帮助学生复习，能提高学生的系统思维能力。同时，在具体情境中主动参与建模活动，能提高学生解决实际问题的能力，提高学生学习生物的主动性和积极性，提高学生的高阶能力，对学生人生的发展有着长远的影响。
参考文献：
[1]赵萍萍、刘恩山.科学教育中模型定义及其分类研究述评［J］.教育学报，2015(2)
[2] 钟志贤.教学设计的宗旨:促进学习者高阶能力发展［J］.电化教育研究， 2004(11)
[3]朱正威.我们对教学实践的期待［J］.基础教育课程，2018（09）
[4][5]郝雪.初中生物学课程目标和内容70年演进分析［J］.课程·教材·教法，2019（6）
[6]张义兵.美国的“21世纪技能”内涵解读——兼析对我国基础教育改革的启示［J］.比较教育研究，2012（5）
[7]周丐晓、刘恩山.系统化思维研究进展及其在科学教育课程改革中的重要作用［J］.生物学通报，2018（2）