吳向陽

摘要：列舉和分析近三年福建省中考試題中模型的使用。提出示意圖顯化自我認知，促進元認知發(fā)展;思維導圖串聯(lián)主題詞，促進學生知識系統(tǒng)觀的建立;多種模型組合應(yīng)用，達成對概念深度理解等建模教學措施。

關(guān)鍵詞：模型 命題設(shè)計 建模教學

中圖分類號：G633.91 文獻標志碼：B

“注重考查思維過程，注重分析和解決問題能力的考查”成為中考命題的方向。在此背景下，初中教學須倡導學科思維的培養(yǎng)與評價。模型與建模是解釋生物現(xiàn)象、表征生理規(guī)律和解決生產(chǎn)實踐問題的重要思維方法，在列入高中課標的同時，也應(yīng)當是初中學段追求的教學目標和教學手段。近三年來，福建省中考統(tǒng)考試題涉及多種模型的考查提醒教師要關(guān)注教學中模型的運用。

1紙筆測試中常用模型的摘取及分析

1.1模式圖替代尺度模型，復現(xiàn)實物原型

生物教學中的尺度模型來自對生物體結(jié)構(gòu)放大或縮小的模擬。在紙筆練習中尺度模型變形為生物體結(jié)構(gòu)的“模式圖”，承擔了平面化簡約描述生物外部或內(nèi)部結(jié)構(gòu)的功能。例如，福建省初中學生畢業(yè)和高中階段學校招生考試（簡稱省卷，下同）2017年11題的關(guān)節(jié)模式圖（圖1）。該題要求學生識別關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)名稱，完成事實性知識的回憶。

模式圖用作題干背景幫助學生識別結(jié)構(gòu)，考查學生的識記能力。作為對結(jié)構(gòu)的概括性描述，試卷所呈現(xiàn)的模式圖應(yīng)當是學生理解的結(jié)構(gòu)，而不是學生機械記憶的結(jié)構(gòu)。因此，有些初中試題出現(xiàn)了葉綠體和線粒體的亞顯微結(jié)構(gòu)，或出現(xiàn)了脊髓的灰質(zhì)和白質(zhì)等要求學生辨別，就會導致學生對模式圖的“死記硬背”。

1.2圖像和符號示意生理結(jié)構(gòu)，突出生物特征

“結(jié)構(gòu)或生理示意圖”屬于圖像和符號模型中的一類，由圖形、符號構(gòu)成，承擔了對生物的特征高度提煉和放大的作用。由于它具有“示意”的屬性，通常所呈現(xiàn)的生物結(jié)構(gòu)比例可能失調(diào)，但結(jié)構(gòu)特點必須凸顯，如省卷2019年29題（圖2）。該題分別突出了“肺泡增大肺表面積”“腎小球、腎小囊和腎小管的位置關(guān)系”“小腸絨毛內(nèi)具有毛細血管”等特征。

由于示意圖是對原型的一種凝煉而非“仿真”的描述，它的使用依賴于設(shè)計者的主觀解釋，因此在試題中使用它的前提是學生熟悉并認同這種“意會”的概括。像圖2這樣，為了試題的科學性及公平性考慮，應(yīng)對示意圖關(guān)鍵部分進行標注提示。

1.3生理曲線圖描述規(guī)律，解釋和預(yù)期現(xiàn)象

數(shù)學模型中的曲線坐標圖用于表達自變量與因變量的關(guān)系，生命科學常借助其描述外界因素如何影響生命活動，并對生理現(xiàn)象進行預(yù)期和推理。由于生理活動曲線圖的數(shù)值來源于取樣測定而非函數(shù)式的計算結(jié)果，因此其考查要點是對曲線趨勢的解釋，檢驗的是學生能否將相關(guān)核心知識的理解，轉(zhuǎn)化為對曲線中“名、標、點、線”的識別。例如，省卷2019年25題（圖3），學生除了讀懂圖中a、b點表示Y值為零，同時還要解釋它的含義為“當光照達到某值，植物光合作用對二氧化碳的吸收量與呼吸作用對二氧化碳的釋放量相當”;除了讀懂d點甲的二氧化碳吸收量高于乙，還要說明“此時甲的光合作用強度大于乙”……

生理曲線圖運用于試題設(shè)計時，命題者確保要將考查的核心概念、識圖關(guān)鍵點及試題的設(shè)問三者一一對應(yīng)，才能落實該曲線考查圖文轉(zhuǎn)化和概念達成的功能。

1.4流程圖將路徑視化，利于整體視角形成

以文字、圖片和符號表達的流程圖屬于系統(tǒng)模型中的一種，用來表征系統(tǒng)的反應(yīng)路徑，使宏觀過程可視化，如省卷2017年27題（圖4）。該題借助植物體部分器官的模式圖和示意圖的組合，呈現(xiàn)了植物生長發(fā)育全過程，讓學生站在“植物體一生的發(fā)育”角度重新回顧七、八年級相關(guān)內(nèi)容。將碎片知識放在完整事件中進行思考，可以促進和考查學生整體視角的建立。

除了描述生物的生長發(fā)育周期，試題中的流程圖還可描述某項操作的系列動作、某實驗的序列化結(jié)果、生態(tài)系統(tǒng)中物質(zhì)變化的路徑等。

1.5概念圖表征概念關(guān)系，檢驗概念模型的建立

概念圖以關(guān)鍵詞：、箭頭和連接詞將多個概念連接，用以表述它們之間的關(guān)系。例如，省卷2018年21題（圖5），要求學生找出能正確表達“染色體、蛋白質(zhì)、DNA、基因”四者關(guān)系的選項。學生沿著箭頭方向閱讀關(guān)鍵詞：和連接詞，判斷各結(jié)構(gòu)之間的包含和并列關(guān)系，并與自己頭腦中先前建立的概念模型進行比對。最終所選答案暴露了學生對上述概念關(guān)系的理解。

用于表達概念關(guān)系的方式常見的還有韋恩圖、大括號圖及其他各種形式的思維導圖等。以這些形式命題，同樣可以檢驗學生概念模型的構(gòu)成。除了上述所列模型外，試卷中還有“不表示數(shù)學關(guān)系的圖表和表格”模型，如比較表能把復雜內(nèi)容簡約化，將文字或數(shù)據(jù)提煉，羅列于表格中一目了然，考查學生閱讀比較、信息轉(zhuǎn)化的能力。

綜上，近三年省統(tǒng)考試卷的模型使用一覽見表1，呈現(xiàn)以下特點：①模型數(shù)量多。試卷中與模型有關(guān)的圖形近三年分別達10、13和15個，有的試題同時有兩個或以上模型。模型占比試卷的版面較大，體現(xiàn)了模型在表征知識方面有重要分量。②模型多元化。近三年試卷試題涉及物理模型、數(shù)學模型和概念模型等多類型模型，如示意圖、曲線圖、概念關(guān)系圖等，有的試題涉及多種模型組合。③思維量增加。比起早年試卷中模型以簡單描述的功能為主，近年省卷加大了概念模型和數(shù)學模型的比例，發(fā)揮了模型所具有的解釋和預(yù)測復雜問題的功能，彰顯運用模型對考查學科思維的價值。上述特點提示教師在教學中重視模型與建模的運用。

2模型運用于教學的幾點反思

2.1示意圖顯化自我認知，促進元認知發(fā)展

初中學段的生物學知識大多建立在對個體水平的認知上，因此，生物體結(jié)構(gòu)模式圖的掌握是初中生物學習的重要內(nèi)容和方法，它來自對結(jié)構(gòu)特點的提煉而成。學生只有經(jīng)歷體驗和沖突、同化和順應(yīng)的學習過程，才能對結(jié)構(gòu)模式圖達到深度的理解。教師若直接呈現(xiàn)模式圖，并不能讓學生經(jīng)歷上述過程。在教學中，可采用讓學生“畫示意圖”的策略，以暴露學生對于某生理構(gòu)造的前認知。教師將其做為教學的起點和突破點，幫助學生逐步構(gòu)建科學的模式圖。圖6是某學生在學習心臟的結(jié)構(gòu)這一小節(jié)前繪制的心臟結(jié)構(gòu)想象圖。

該示意圖表示了學生學前對心臟的已有概念是“有肌肉”“能收縮”“有血管”……，錯誤認知是“具有收縮功能的不是肌肉而是某一特別結(jié)構(gòu)”“心臟只有一個腔”……籍此，教師可引導學生回憶肌肉組織的作用，觀察心臟模型，設(shè)計“心臟注水”的體驗活動等，引發(fā)學生產(chǎn)生認知沖突。學生再通過分析、概括，分步建立關(guān)于心臟結(jié)構(gòu)的各個概念，將自己的想象圖最終完善為心臟模式圖。上述策略使學生的認知被顯化、反省和修正，幫助學生觀察和評價自我認知，在發(fā)展學生元認知的同時，促進其建構(gòu)知識。

2.2思維導圖串聯(lián)主題詞，促進知識系統(tǒng)觀建立

當“無序”的生物學概念進一步結(jié)構(gòu)化和系統(tǒng)化，學生獲得的認知才能趨近自然的原本面目。系統(tǒng)模型能以俯瞰知識的視角，向?qū)W生展現(xiàn)知識之間的內(nèi)在關(guān)系，促成其整體認知觀的形成，是教學追求的目標。教師可采用思維導圖策略，引導學生參與系統(tǒng)模型的構(gòu)建，經(jīng)歷從知識碎片到整體的建構(gòu)過程。

思維導圖類型多樣，有圓圈圖、氣泡圖等，具有發(fā)散性和層次性的特點。以“人體各系統(tǒng)協(xié)調(diào)合作”系統(tǒng)模型的建立過程為例，教師首先引導學生繪制關(guān)于主題詞“消化”的“圓圈圖”，讓學生以頭腦風暴的形式暴露其內(nèi)心與“消化”主題有關(guān)的關(guān)鍵節(jié)點詞;再以“氣泡圖”的形式對其中某節(jié)點詞如“營養(yǎng)物質(zhì)”進行擴展——“小分子營養(yǎng)物質(zhì)最終通過血液循環(huán)到達組織細胞”;接著，幫助學生建立“雙氣泡圖”，表達“消化”和“呼吸”這兩個主題詞之間有關(guān)概念的對比或關(guān)聯(lián)，如“消化和呼吸獲得的物質(zhì)最終都到達組織細胞、都依賴循環(huán)系統(tǒng)的協(xié)助”等。這些思維導圖的訓練可以幫助學生構(gòu)建出各個概念間的關(guān)系網(wǎng)，形成系統(tǒng)模型，同時讓學生理解科學概念不是孤立的而是有間接和多面的聯(lián)系，從而樹立認識自然的系統(tǒng)觀。

2.3多種模型組合應(yīng)用，達成概念的深度理解

學生對知識達成理解，其表現(xiàn)之一是能夠以多種方式表征知識。模型是對各種材料原型進行加工和改造的結(jié)果，不同類型的模型在思維的簡化、結(jié)構(gòu)化和概括化各具不同作用，對模型多元化應(yīng)用和靈活轉(zhuǎn)化能促進和檢驗學生的深度理解。例如，圖7可被運用在植物“光合、呼吸和蒸騰”等生理作用的單元整合式學習中，組圖由“植物主要生理作用示意圖、葉表皮和氣孔模式圖、光照與光合強度曲線圖”等模型構(gòu)成，以單元主題的角度展示相關(guān)結(jié)構(gòu)、生理、現(xiàn)象和原理等。教學中，教師經(jīng)常訓練學生使用宏觀現(xiàn)象和微觀結(jié)構(gòu)模型的轉(zhuǎn)換，或者概念模型與數(shù)學模型的融合，幫助學生對生命活動既有質(zhì)性描述也有量化分析，對生命現(xiàn)象的認識從表象走向本質(zhì)。