运用Inspiration软件建构高中生物概念模型

时间:2022-03-19 10:18:35

运用Inspiration软件建构高中生物概念模型

1 问题的提出

概念是生物学科知识的基础,是理性思维的基本形式,是形成判断和进行推理的基本要素。《高中生物课程标准》也要求“获得生物学基本事实、概念、原理、规律和模型等方面的基础知识”,并增加了“尝试建立教学模型”的能力要求。因此,如何更好地构建概念模型,落实概念教学是一个重要的课题。

Inspiration是一种基于可视化学习技术的专用概念模型建构软件,直观、易用的界面可以非常形象地表达抽象的思维及复杂概念之间的关系。在教学中,教师可以应用Inspiration进行概念模型的制作及相关复杂思维的表征,它是脑科学和信息技术的完美结合,可以发展学习者的创新思维能力,让学习者充分发挥自己想象力,凭借个人的经验基础,根据主题概念来建构新的知识结构,而不是灌输式的,使学习者处于被动接受、记忆的位置。

2 运用于教学的实验与分析

整个实验遵照对照原则,其中实验班运用Inspiration软件进行概念教学,以苏教版生物教材高中生物《必修一·分子与细胞》第二章“细胞的化学组成”为例。

2.1 实验教学的实施过程

(1) 学生学习教材,找出主题概念,联想并列出相关的新旧概念。

(2) 教师引导学生组织学习资料,重点分析主题概念与新旧概念间的各种关系。

(3) 构建某一命题的概念模型:

① 确定主题概念;② 绘制概念到概念模型;③ 为概念间添加关联关系;④ 为概念添加属性;⑤ 教师引导学生分析模型并作出评价。

教师要求学生将自己绘制的概念模型以源文件电脑保存,并与教师提供相关资料和辅助练习进行超链接,以便于课后进行调整修改、复习巩固并与其他同学交流。

(4) 根据学习进程,随着对原有知识的理解的加深和改变,再不断充实、完善和拓展。

图1所示是学生在教师的指导下运用Inspiration软件画出的有关蛋白质分子的概念模型。

每一章节学完后,教师可引导学生梳理出各概念间的关系,形成综合概念模型。图2即为整个第二章“细胞的化学组成”的综合概念模型(由学生独立完成,此为其中一小组制作的概念模型)。学生利用Inspiration软件在计算机上直接将图中的每一概念超链接到相关内容的概念模型,从而开展有意义的复习学习。

2.2 实验结果

经过近半学期的教学实验尝试后,对学生进行检测,满分100分。

2.3 实验分析

从表1、2的结果看,无论是均分还是优秀率和及格率,实验班的成绩优于对照班;运用Inspiration软件建构概念模型对于提升教学质量具体较为明显的作用。

3 运用于教学的途径和策略

3.1 可用于在新授课中建构知识结构

在新授课中应用Inspiration软件建构概念模型和知识结构,将转变单一的教师“教”,为“教”与“学”并举,教师启发、辅导和因材施教,而学生也真正获得了自主学习的机会,其统领概念、自我建构知识的能力将会得到明显提高。

例如,有关细胞类型与结构的知识,教材先简略提出原核细胞,然后较详细介绍真核细胞的结构。学习初期师生可利用Inspiration共同绘制细胞的概念模型(图3)。随着学习的深入,学生了解更多的细胞名词:植物细胞、动物细胞、细胞壁、细胞膜、细胞核、细胞器、线粒体、叶绿体、内质网、高尔基体、核糖体、液泡、光合作用、有氧呼吸、蛋白质合成、遗传物质等,可借助Inspiration软件进一步在原有基础上建构动、植物细胞结构和功能的概念模型。如此,学生不仅对真核细胞的结构有了整体的认识,而且在操作Inspiration软件的过程中,十分想弄清楚这些概念之间究竟有什么具体的意义联系,强烈的求知欲也油然而生。

3.2 可用于在复习课中建构知识体系

复习不仅是对所学知识进行回忆、再现,还要对其作梳理和拓展,达到强化知识迁移、发展知行能力及培养情感态度。复习课往往要求用最少的时间,呈现最多的信息,促使学生强化和重构知识体系,提升应用和创新能力。

在高考复习中,笔者发现学生在基础强化阶段轻松自如,但在进入能力提升阶段解答情境转换问题时往往会一筹莫展。原因在于灌输式教学、多而重复的习题,导致学生获得的多数是未经思维加工、只是机械记忆的零散信息,仅仅是知识的回忆和再认,没能建构起概念及相关知识命题的模型,在新情境中迁移解决问题的灵活性较差。而教师应用Inspiration软件建构概念模型于复习教学,学生会主动开展回忆与归纳,整合新旧知识,建构知识网络,浓缩知识体系,达到灵活迁移。例如,光合作用和有氧呼吸两者的过程和联系既是教学重点和难点又是高考的热点,教师训练学生运用Inspiration软件绘制相应概念模型(图4),会取得良好的教学效果。

在教学过程中,教师可采取学生先独自完成,再小组讨论,最后汇报交流的方式。这样使学生自行体验、评判不同学习时期所建概念模型,获取认知进步,思维拓展;同时会发现一些新的知识间联系,知识结构更加完整,且还能产生一些创新的理解。

运用Inspiration软件建构概念模型于复习课,可使模糊的概念清晰化、零散的知识系统化、机械的记忆灵活化,最终学生的迁移能力提高,复习效果明显。

3.3 可用作为教学评价的新型工具

首先概念模型可作为一种形成性评价的工具,用于对不同阶段教学活动的教学评价。例如,教师通过观察学生运用Inspiration软件设计基因工程概念模型的建构过程,可了解到学生内心的思维活动,诊断出所误解的概念意义及概念间关系,有助于找到影响教学效益的原因,从而及时改进教学,这是形成性评价的好方法(图5)。利用Inspiration软件绘制概念模型时,借助于多媒体功能,学生会努力创造更生动、鲜艳的画面,对认知的情感自然流露而出。显然,这不仅可以评价学习者对理性认知的准确性,且也可以评价其情感态度。

其次,概念模型也可以作为终结性评价的工具,它不同于传统试题测试的优点是为学生提供的考试结果,已不仅仅是一个简单抽象的分数,而是学生头脑中关于知识结构的图式化再现。下题是考试卷中设计的一道教学评价题:

概念模型是一种能够比较直观呈现概念间关系的图式。请根据所学知识,补充填写完成“遗传信息的表达”相关的概念模型。

① ;② ;③ 。

④ ;⑤ ;⑥ 。

由于学生在知识储备、学习能力、理解水平参差有别,建构的概念模型自会存在差异,教师借助概念模型形式的试题可以判断学生的水平和存在的问题,有效地帮助学生查缺补漏,且教师也能有针对性施教。

4 结语

教育心理学的研究表明,通过图式表达信息,将内隐的思维过程外显化,有利于学生掌握学习方法,学会思考和解决问题。运用Inspiration软件建构高中生物概念模型正是一种可视化学习,它对学生学习的影响可以体现在如下方面。

① 外显思维过程:展示学生思维过程,显示如何组织和构建知识间联系。

② 深化概念理解:引导学生用自己喜欢的语言形式表达所理解的知识。

③ 统整新旧知识:理清新旧知识的关联和区别,将其统整合一。

④ 纠正认知错误:检测对概念和概念间关系的认知水平,发现并纠正错误。

在建构主义学习理论视野下,运用inspiration软件建构概念模型还是学生学习的一种支架。

运用Inspiration软件建构高中生物概念模型能带来什么?应该说,一方面它为教师带来了新的教学理念和手段策略,带来了教学方法和技巧的变革以及教学内容和过程的拓展;另一方面它能够帮助学生开展有意义学习,提高反省认知,最终使学生学会到会学。

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