鄭賽彬 高育蒙 陳秉初

摘 要 基于TWA模式，以“物質(zhì)出入細胞的方式”一節(jié)為例，通過教學(xué)設(shè)計來探討類比在生物學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞 類比 生物學(xué)教學(xué) TWA模式

中圖分類號 G633.91 文獻標(biāo)識碼 B

類比是一個將兩個不同領(lǐng)域的知識系統(tǒng)，借由彼此間某種結(jié)構(gòu)的相似性，由已知系統(tǒng)（又稱類比物）推導(dǎo)至欲知系統(tǒng)（又稱目標(biāo)物），從而獲取知識的過程。類比在科學(xué)教學(xué)中扮演著重要的角色，是一種有效的科學(xué)學(xué)習(xí)方式，可以促進學(xué)生科學(xué)知識的產(chǎn)生與精加工。近年來類比的相關(guān)研究逐漸受到重視，尤其國外學(xué)者對類比的設(shè)計、教科書中所含類比的內(nèi)容分析等研究關(guān)注較多，而且證了實類比教學(xué)的有效性。此外，國外一些學(xué)者依據(jù)不同的理論，將類比應(yīng)用于教學(xué)，提出了多種類比教學(xué)模式，其中比較典型的類比教學(xué)模式有GMAT模式和TWA模式。下面基于TWA模式，通過教學(xué)設(shè)計來體現(xiàn)類比在生物學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用。

1 TWA模式（Teaching with Analogies Model）

TWA模式是由Glynn提出的一種類比教學(xué)模式。TWA模式包括6個教學(xué)步驟：（1） 介紹將要學(xué)習(xí)的科學(xué)概念（即目標(biāo)物）；（2） 喚起學(xué)生對類比概念（即類比物）的記憶；（3） 辨認(rèn)類比物的特征；（4） 標(biāo)出目標(biāo)物和類比物的相似特征；（5） 得出科學(xué)概念的結(jié)論；（6） 指出非類比之處。

Glynn指出TWA模式具有下列優(yōu)點：（1） 假如教科書中所使用的類比沒有清楚地解釋，或是安排方式不恰當(dāng)，則TWA模式可為教師提供教學(xué)時的參考；（2） 若只提供類比教材讓學(xué)生自行閱讀，可能會因為學(xué)生對科學(xué)概念的了解不完整或不正確，而導(dǎo)致學(xué)生迷思概念的產(chǎn)生。此時，如果讓學(xué)生熟悉TWA模式，再讓他們自行閱讀或設(shè)計類比，可增加學(xué)生對科學(xué)概念的理解。

Glynn在TWA模式的教學(xué)步驟上，尤其強調(diào)教師應(yīng)該將類比概念與科學(xué)概念之間的對應(yīng)關(guān)系解說清楚。Duit也提到使用TWA模式時，要特別注意教學(xué)步驟2~5，留意學(xué)生們所了解的類比是否與教師所預(yù)想的一致，并且確定學(xué)生能真的了解類比的相似之處。TWA模式最重要的環(huán)節(jié)是步驟4和步驟6，因為只有當(dāng)學(xué)習(xí)者清楚地了解目標(biāo)物和類比物的相似之處時，才有助于映射的順利產(chǎn)生。教師還應(yīng)該時刻提醒學(xué)生注意類比的失效之處，以免產(chǎn)生不恰當(dāng)?shù)倪^度推論。本研究認(rèn)為Glynn的TWA模式，步驟清晰，適用于實際教學(xué)，可以為教師運用類比進行教學(xué)提供參考依據(jù)。下面以高中生物“物質(zhì)出入細胞的方式”一節(jié)為例，通過課堂教學(xué)設(shè)計具體分析TWA的應(yīng)用。

2 “物質(zhì)出入細胞的方式”的教學(xué)設(shè)計

2.1 學(xué)習(xí)任務(wù)分析

細胞是生物體結(jié)構(gòu)和功能的基本單位，它不僅與周圍的環(huán)境之間發(fā)生物質(zhì)交換，而且與周圍的其他細胞之間也要發(fā)生物質(zhì)交換。因此，學(xué)習(xí)“物質(zhì)出入細胞的方式”非常重要，它不僅與第二章中質(zhì)膜的結(jié)構(gòu)和功能有著密切的聯(lián)系，而且與所有新陳代謝的活動密切相關(guān)，如葉綠體和線粒體代謝過程中的物質(zhì)轉(zhuǎn)運方向,神經(jīng)纖維上興奮傳導(dǎo)的實質(zhì)等。學(xué)生對“物質(zhì)出入細胞的方式”的順利掌握是準(zhǔn)確理解生命活動實質(zhì)的基礎(chǔ)。

2.2 學(xué)習(xí)者分析

學(xué)生已經(jīng)掌握細胞膜的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，了解細胞是由一層具有選擇透過性的質(zhì)膜包被著，這為本節(jié)課的學(xué)習(xí)打下了認(rèn)知的基礎(chǔ)。同時，學(xué)生具備了一定的化學(xué)和物理知識，能理解濃度高的溶液滲透壓高，地勢高的物體具備的勢能大，這有助于通過分析“物體在河流上下游間的運輸”來類比學(xué)習(xí)“物質(zhì)出入細胞的方式”。

2.3 教學(xué)目標(biāo)

（1） 知識目標(biāo)：簡述擴散的特點；闡明滲透的概念及原理；概述被動轉(zhuǎn)運和主動轉(zhuǎn)運的概念；區(qū)別被動轉(zhuǎn)運和主動轉(zhuǎn)運兩種不同的方式；概述胞吞和胞吐兩種方式。

（2） 能力目標(biāo)：通過分析“物體在河流上下游間的運輸”來類比物質(zhì)出入細胞的各種方式，初步學(xué)會用類比的思維理解生物學(xué)的重要概念；通過區(qū)別物質(zhì)進出細胞的不同方式，學(xué)會分析問題。

（3） 情感、態(tài)度與價值觀目標(biāo)：通過理解擴散和滲透作用的過程，知道生命活動不斷發(fā)展變化以及適應(yīng)的特性，學(xué)會自覺地用發(fā)展變化的思維認(rèn)識生命；通過聯(lián)系生產(chǎn)、生活等實際，產(chǎn)生學(xué)習(xí)生物學(xué)的興趣和關(guān)心社會生活的意識。

2.4 教學(xué)重點和難點

（1） 教學(xué)重點：滲透作用的原理。

（2） 教學(xué)難點：被動轉(zhuǎn)運和主動轉(zhuǎn)運的區(qū)別。

2.5 教學(xué)過程

（1） 介紹要學(xué)習(xí)的概念。

概念介紹：

① 細胞膜是選擇透過性膜；

② 擴散：H2O、CO2、O2、甘油、乙醇等小分子物質(zhì)僅依賴濃度差通過細胞膜；水分子的擴散即為滲透。

③ 易化擴散：葡萄糖等從高濃度溶液到低濃度溶液的擴散需要載體協(xié)助，但不需要額外提供能量。如葡萄糖進入紅細胞。

④ 主動轉(zhuǎn)運：離子、氨基酸等物質(zhì)從低濃度運輸?shù)礁邼舛燃刃枰d體的幫助，又需要克服濃度差做功，并且需要消耗能量。

⑤ 胞吞和胞吐:大分子蛋白質(zhì)等物質(zhì)出入細胞不需要載體,但需要消耗能量并依賴細胞膜的流動性,形成具膜小泡,通過膜的融合方式完成。

（2） 喚起學(xué)生對類比物的記憶。

先展示一張河流圖和一張拱橋圖（圖1）。

教師引導(dǎo)學(xué)生回憶及討論：

① 河流上游和下游的特點：

② 水流的方向。

學(xué)生討論的結(jié)果：

① 上游：在河流的上段，地勢較高。下游：在河流的下段，地勢較低。

② 水流從上游到下游。

（3） 確認(rèn)類比物的相關(guān)特征。

教師設(shè)計一系列問題串：

① 假設(shè)一個乒乓球要從河流的上游經(jīng)過橋洞運送到下游,最簡單的辦法是什么？是否需要載體？是否需要人額外對其施加動力？

② 假設(shè)一個鐵球要從河流的上游經(jīng)過橋洞運送到下游,最簡單的辦法是什么？是否需要載體?是否需要人額外對其施加動力？

③ 假設(shè)一個鐵球要從河流的下游經(jīng)過橋洞運送到上游,最簡單的辦法是什么？是否需要載體?是否需要人額外對其施加動力？

學(xué)生討論，并得出結(jié)果。

① 乒乓球可直接從上游經(jīng)過橋洞漂向下游。

② 鐵球需借助載體如小船從上游漂到下游。

③ 鐵球從下游運往上游需要載體如小船,還需要劃動船槳消耗能量才可以克服勢能。

（4） 對應(yīng)目標(biāo)物與類比物兩者的相似性。

類比：物質(zhì)出入細胞的方式，如擴散、滲透、協(xié)助擴散、主動運輸，可以類比為物體在河流上下游間的運輸。物質(zhì)跨膜運輸過程中膜兩側(cè)具有濃度差的溶液可類比為河流的上游和下游，上游和下游之間的拱橋可類比為細胞膜，橋洞就是物質(zhì)穿過的通道，不同大小的橋洞代表不同物質(zhì)經(jīng)過的通道。具體目標(biāo)物和類比物對應(yīng)如表1。

概念類比：“擴散”可類比為把乒乓球從河流的上游經(jīng)橋洞運送到下游，“易化擴散”可類比為把鐵球從上游經(jīng)橋洞運送到下游，“主動轉(zhuǎn)運”可類比為把鐵球從下游經(jīng)橋洞運送到上游。

學(xué)生討論： 根據(jù)類比物的特點,討論擴散、滲透、易化擴散、主動轉(zhuǎn)運的特點。

學(xué)生討論結(jié)果見表2。

（5） 歸納目標(biāo)物的重點。

教師歸納提升：歸納各概念之間的相同點和不同點：如載體的需要、能量的消耗、物質(zhì)的移動方向、穿過膜的層數(shù)等。再讓學(xué)生試著用“滑滑梯”方式來類比物質(zhì)的跨膜運輸，再次建構(gòu)新知識，深化對概念的理解。

（6） 指出類比的限制。

教師引導(dǎo)學(xué)生反思：指出以上的類比只是幫助理解的比喻，有局限性。

學(xué)生討論：分別討論擴散、滲透、易化擴散、主動轉(zhuǎn)運的類比物的局限性。

學(xué)生討論的結(jié)果：

① 擴散:河水只能從上游流向下游，但擴散的過程是一個動態(tài)變化過程，低濃度溶液中的溶質(zhì)分子可以擴散到高濃度溶液中，但由于高濃度溶液的溶質(zhì)分子擴散到低濃度溶液的分子數(shù)遠遠大于低濃度擴散至高濃度的分子數(shù)，因此總體表現(xiàn)出高濃度的溶質(zhì)分子向低濃度溶液擴散的結(jié)果。

② 滲透：當(dāng)擴散的對象為水分子時，則是低濃度溶液中水分子向高濃度溶液擴散的量大于高濃度溶液中水分子向低濃度溶液擴散的量。

③ 易化擴散與主動轉(zhuǎn)運：小船類比為載體，但載體是位于細胞膜上，構(gòu)成細胞膜的組成成分，不能像小船一樣主動到碼頭載人或物；且載體具有專一性，不同的物質(zhì)需要不同的載體。

教師補充：當(dāng)需要跨膜運輸?shù)奈镔|(zhì)是大分子物質(zhì)如蛋白質(zhì)等物質(zhì)的時候，細胞膜上的載體或磷脂雙分子層都不允許它穿過，大分子物質(zhì)只能通過胞吞和胞吐的方式進出細胞。

類比：胞吐可類比為吹泡泡的過程，可以把嘴巴里面的口香糖類比為一個細胞，每吹出一個泡泡就相當(dāng)于送出一個蛋白質(zhì)分子。

教師提問：吹泡泡的過程需要消耗能量嗎？送出蛋白質(zhì)分子的過程需要載體嗎？蛋白質(zhì)分子有沒有穿過細胞膜？

教師總結(jié)：歸納出胞吞胞吐是一個不需要載體，但需要能量ATP，并且沒有穿過細胞膜的運輸過程。

2.6 教學(xué)反思

生物學(xué)課堂中類比方法的應(yīng)用是普遍存在的，當(dāng)教師試圖把一個新概念向?qū)W生解釋清楚時，總是會去尋找與之相關(guān)的知識或相關(guān)的生活經(jīng)驗，以幫助學(xué)生了解不熟悉的概念，協(xié)助他們在已有知識的基礎(chǔ)上順利建構(gòu)新知識。例如在本節(jié)課的教學(xué)中，利用學(xué)生已有的化學(xué)和物理知識，再結(jié)合學(xué)生自身的生活經(jīng)驗來幫助其理解擴散、易化擴散、主動轉(zhuǎn)運和胞吞、胞吐現(xiàn)象，學(xué)生就能較輕松地理解這些抽象的微觀概念。但因為類比物和目標(biāo)物不可能完全對應(yīng)，若教師沒能及時提醒，學(xué)生又會過度引申，導(dǎo)致產(chǎn)生誤解。如從物理學(xué)的角度考慮，如果沒有外力作用，物質(zhì)只能從勢能高的地方往勢能低的地方跑，那么水分子只能從上游向下游移動，但在滲透過程中，水分子也會從水分子少的溶液向水分子多的溶液方向運動，這可能會影響學(xué)生正確理解物質(zhì)的跨膜運輸是一個動態(tài)平衡的過程。因此，在使用類比的過程中，教師尤其要關(guān)注容易引起學(xué)生誤解的方面并加以提醒和引導(dǎo)，告訴學(xué)生類比的局限性。雖然類比教學(xué)存在著不足之處，但其優(yōu)點是不容忽視的，本文以淺薄的教學(xué)經(jīng)驗為大家提供一個類比的教學(xué)范例以供參考，望不吝指正。

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