高中生物學(xué)核心概念建構(gòu)的策略與程序

周然　蘇明學(xué)

如何構(gòu)建核心概念是近年來高中生物學(xué)課堂教學(xué)研究的重要內(nèi)容。因?yàn)椤皩W(xué)習(xí)不僅僅是為了要知道一系列的科學(xué)事實(shí)，更重要的是要圍繞核心概念構(gòu)建知識體系和模型，并廣泛運(yùn)用科學(xué)概念解釋自然現(xiàn)象”[1]。而圍繞著核心概念設(shè)計(jì)和實(shí)施教學(xué)，一方面可以幫助學(xué)生澄清所學(xué)生物學(xué)事實(shí)、一般概念與核心概念之間的關(guān)系，并能在新情境中實(shí)現(xiàn)對概念的遷移應(yīng)用；另一方面又可以有效地使學(xué)生形成科學(xué)地分析問題和解決問題的思路及方法。為此，《普通高中生物課程標(biāo)準(zhǔn)》（以下簡稱《標(biāo)準(zhǔn)》）“倡導(dǎo)學(xué)生在解決實(shí)際問題的過程中深入理解生物學(xué)的核心概念”。那么，在課堂教學(xué)中，應(yīng)采取怎樣的教學(xué)策略和程序，才能幫助學(xué)生理清生物學(xué)事實(shí)、一般概念與核心概念之間的關(guān)系，進(jìn)而在解決問題的過程中主動建構(gòu)相應(yīng)的核心概念？本文以“生命活動的主要承擔(dān)者——蛋白質(zhì)”一節(jié)課堂教學(xué)作為案例，嘗試解答上述問題。

一、生物學(xué)核心概念的界定及特征

1.核心概念的界定

既然進(jìn)行生物學(xué)核心概念教學(xué)具有多重教育意義，那么，什么是核心概念，目前對于這一問題尚未有統(tǒng)一的認(rèn)識。美國課程專家埃里克森（Erickson）認(rèn)為，核心概念是指居于學(xué)科中心，具有超越課堂之外的持久價(jià)值和遷移價(jià)值的關(guān)鍵性概念、原理或方法。這些核心概念具有廣闊的解釋空間，源于學(xué)科中的各種概念、理論、原理和解釋體系，為學(xué)科領(lǐng)域的發(fā)展提供了深入的視角，還為學(xué)科之間提供了聯(lián)系[2]。戴伊（Day）指出，核心概念是某個(gè)知識領(lǐng)域的中心，雖然不是所有人都接受了這些知識，但它們卻獲得了廣泛的應(yīng)用，而且這些知識還能經(jīng)得起時(shí)間的檢驗(yàn)。費(fèi)德恩（Feden）等人則認(rèn)為，核心概念是一種教師希望學(xué)生理解并能在忘記其非本質(zhì)信息或周邊信息之后，仍然能應(yīng)用的概念性知識，并且強(qiáng)調(diào)核心概念必須清楚地呈現(xiàn)給學(xué)生[3]。

生物學(xué)核心概念處于學(xué)科中心位置，包括對生命基本現(xiàn)象、規(guī)律、理論等的理解和解釋，對學(xué)生學(xué)習(xí)生物學(xué)及相關(guān)科學(xué)具有重要的支撐作用。它是人們對某一類生物學(xué)問題本質(zhì)特征的概括。例如“細(xì)胞是由物質(zhì)分子組成的，不同的物質(zhì)承擔(dān)著不同的功能”，就是在分析了組成細(xì)胞的不同物質(zhì)分子后，概括出來的本質(zhì)認(rèn)識。而蛋白質(zhì)之所以稱為“生命活動的主要承擔(dān)者”，又是在分析了蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)多樣性原因和逐漸了解生命活動無時(shí)無刻不與蛋白質(zhì)相關(guān)，以及和其他組成物質(zhì)相比較后抽象和概括出來的核心概念。

需要說明的是，對“蛋白質(zhì)是生命活動的主要承擔(dān)者”這一核心概念的理解，并不是一成不變的。它在本節(jié)內(nèi)容中屬于核心概念，而從整個(gè)單元來看卻不是核心概念。因此，對某一核心概念的界定，會因不同的學(xué)段、不同的學(xué)習(xí)范圍而發(fā)生變化。

2.核心概念的特征

當(dāng)直接甄別和界定核心概念有困難時(shí)，我們不妨換個(gè)角度思考：核心概念有什么特征，我所確定的核心概念具備這些特征嗎？

核心概念是在一般概念的基礎(chǔ)上提煉出來的，因此它可以統(tǒng)攝一般概念，能夠揭示學(xué)科知識的本質(zhì)和學(xué)科知識之間的聯(lián)系，具有統(tǒng)整學(xué)科知識的功能。因此，生物學(xué)核心概念應(yīng)該具有以下特征。

第一，居于學(xué)科知識的中心。蛋白質(zhì)分子不僅參與構(gòu)建了細(xì)胞這座生命大廈，而且在細(xì)胞代謝、分裂、分化、癌變、凋亡、遺傳、細(xì)胞間的信息交流等各項(xiàng)生命活動中扮演著重要角色?？梢哉f，“蛋白質(zhì)是生命活動的主要承擔(dān)者”這一核心概念貫穿了三個(gè)必修模塊。

第二，是形成新知識的“生長點(diǎn)”。學(xué)生一旦建立起“蛋白質(zhì)是生命活動的主要承擔(dān)者”的概念，就容易形成科學(xué)地分析問題和解決問題的思路及方法。例如，細(xì)胞分化過程中，細(xì)胞的形態(tài)、結(jié)構(gòu)、功能之所以發(fā)生了穩(wěn)定性差異，是因?yàn)榉只?xì)胞中產(chǎn)生了組織特異性蛋白質(zhì)。

第三，具有思維訓(xùn)練價(jià)值。組成蛋白質(zhì)的氨基酸序列具有多樣性，使得蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)變化多端；而蛋白質(zhì)只有維持特定的空間結(jié)構(gòu)才能行使特定的生物學(xué)功能。因此，空間結(jié)構(gòu)的多樣性賦予了蛋白質(zhì)多種多樣的生物學(xué)功能，足以承擔(dān)起豐富多彩的生命活動?？梢姡飳W(xué)核心概念是在許多一般概念的基礎(chǔ)上加以分析、綜合、抽象、概括出來的，它的形成過程需要綜合的思維能力。

二、建構(gòu)生物學(xué)核心概念的策略與程序

1.建構(gòu)核心概念的策略

與“蛋白質(zhì)是生命活動的主要承擔(dān)者”有關(guān)的一般概念和事實(shí)見圖1。

（1）事實(shí)和感性認(rèn)識是建構(gòu)概念的基礎(chǔ)

“應(yīng)為學(xué)生的學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)怎樣的學(xué)習(xí)路徑？”“哪些生活經(jīng)驗(yàn)有助于學(xué)生理解和建構(gòu)核心概念？”筆者在研讀《標(biāo)準(zhǔn)》和教材的基礎(chǔ)上，找尋學(xué)生“最近發(fā)展區(qū)”，決定采取以“肽鍵”為線索、以實(shí)驗(yàn)為先導(dǎo)，圍繞“肽鍵”認(rèn)識蛋白質(zhì)多樣的結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的教學(xué)策略，嘗試對“組成細(xì)胞的分子”這類比較枯燥乏味的內(nèi)容進(jìn)行探究式教學(xué)，幫助學(xué)生在相關(guān)生物學(xué)事實(shí)和一般概念的基礎(chǔ)上，構(gòu)建相應(yīng)的核心概念。

新課伊始，用什么樣的導(dǎo)言既能貼近學(xué)生生活又能直切主題？思前想后，筆者決定以問題“早晨大家都吃了什么？”（雞蛋、面包、牛奶）“為什么要吃雞蛋、喝牛奶？”（含蛋白質(zhì)多）“怎么能證明雞蛋和牛奶中含有蛋白質(zhì)呢？”導(dǎo)入新課，然后，逐一在裝有等量清水、蛋清、牛奶、豆?jié){和淀粉液的試管中滴加3滴雙縮脲試劑，當(dāng)試管中液體變色后，又問學(xué)生“哪個(gè)液體含有蛋白質(zhì)？”學(xué)生脫口而出“蛋清、牛奶和豆?jié){”。學(xué)生的答案雖然正確，但是細(xì)致分析，它并不是通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出的，而是憑借先入為主的生活經(jīng)驗(yàn)（前概念）判斷出來的。教師不能被這種假象所蒙蔽，于是追問“怎么知道蛋清、牛奶、豆?jié){中還有蛋白質(zhì)？”（試管中的顏色發(fā)生了變化）“清水和淀粉液與雙縮脲試劑結(jié)合后也有顏色變化呀！”（學(xué)生無語……）

教師利用“蛋白粉溶液+雙縮脲試劑→產(chǎn)生紫色反應(yīng)”為“標(biāo)準(zhǔn)”，解釋雙縮脲試劑能識別蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)中的“肽鍵”，并形成紫色化合物（絡(luò)合物）。用這支試管的顏色與其他各試管的顏色比較，說明蛋清、牛奶和豆?jié){中含有蛋白質(zhì)。隨后，緊緊圍繞“什么是‘肽鍵？”“‘肽鍵在哪兒？”“‘肽鍵和蛋白質(zhì)是什么關(guān)系？”開展后續(xù)的教學(xué)。

上述教學(xué)處理，既能很好地利用感性和直觀材料，幫助學(xué)生在事實(shí)的基礎(chǔ)上建構(gòu)新概念，又能體現(xiàn)生物學(xué)科作為理科的教學(xué)特色。

（2）充分的學(xué)習(xí)體驗(yàn)有助于構(gòu)建相應(yīng)的概念

生物課程期待著學(xué)生主動參與學(xué)習(xí)過程，在親歷提出問題、獲取信息、尋找證據(jù)、檢驗(yàn)假設(shè)、發(fā)現(xiàn)規(guī)律等過程中習(xí)得生物學(xué)知識，養(yǎng)成理性思維的習(xí)慣，形成積極的科學(xué)態(tài)度，發(fā)展終身學(xué)習(xí)的能力。在傳統(tǒng)教學(xué)中，教師往往忽略學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗(yàn)過程，“一言堂”比比皆是，且過于關(guān)注瑣碎的知識內(nèi)容。其實(shí)，學(xué)生不需要記憶那些細(xì)枝末節(jié)的信息或孤立的事實(shí)，而是需要從大量事實(shí)和學(xué)習(xí)的體驗(yàn)中，理解其中的規(guī)律，形成相應(yīng)的概念和原理，并能將這些概念和原理遷移應(yīng)用于新情境中。

例如：在認(rèn)識氨基酸結(jié)構(gòu)特點(diǎn)時(shí)，先用類比方法，引導(dǎo)學(xué)生理解蛋白質(zhì)與淀粉一樣，也是由小分子物質(zhì)構(gòu)成的多聚體，即氨基酸是蛋白質(zhì)的基本單位。而后出示三種氨基酸結(jié)構(gòu)簡式（見圖2），請學(xué)生說出它們的異同，概括出氨基酸的通式。隨后，讓學(xué)生辨認(rèn)四種不同類型氨基酸的氨基、羧基和R基。最后，展示20種氨基酸的結(jié)構(gòu)簡式，明確氨基酸的不同主要是R基不同，R基的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定著氨基酸的特性。

又如：在認(rèn)識“肽鍵”時(shí)，先讓學(xué)生觀看氨基酸“脫水縮合”課件（動畫），然后讓他們說出“肽鍵”是怎樣形成的，在哪里形成的以及組成。以此逐漸認(rèn)識經(jīng)“脫水縮合”形成二肽、三肽和多肽的概念。

還有，在認(rèn)識蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)多樣性的原因時(shí)，先提出問題“20種氨基酸能夠合成多少種蛋白質(zhì)呢？”學(xué)生在不知如何回答的情形下，出示兩種“九肽”的氨基酸組成：①半胱氨酸—酪氨酸—異亮氨酸—谷氨酰胺—天冬酰胺—半胱氨酸—脯氨酸—亮氨酸—甘氨酸；②半胱氨酸—酪氨酸—苯丙氨酸—谷氨酰胺—天冬酰胺—半胱氨酸—脯氨酸—精氨酸—甘氨酸。讓學(xué)生分析這兩種“九肽”的區(qū)別，并認(rèn)識到雖然都是“九肽”，由于氨基酸種類和排列順序不同，其生理功能完全不同，①是催產(chǎn)素，②是加壓素。再利用“鐮刀型細(xì)胞貧血癥”的實(shí)例，說明由570多種氨基酸組成的血紅蛋白，只要有一個(gè)氨基酸發(fā)生錯(cuò)誤，就會造成蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，功能也發(fā)生改變——攜氧能力大大下降。在充分的事實(shí)面前，學(xué)生會逐漸認(rèn)識到，組成蛋白質(zhì)分子的氨基酸種類、數(shù)目、排列順序和肽鏈盤曲、折疊方式的不同，都是決定蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)多樣性的原因，進(jìn)而理解蛋白質(zhì)功能多樣性的原因。

實(shí)踐證明，讓學(xué)生經(jīng)歷充分的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，可以使他們在主動學(xué)習(xí)的過程中，加深對事實(shí)的觀察和分析，逐漸體會事實(shí)背后所蘊(yùn)含的深刻生物學(xué)原理和本質(zhì)，進(jìn)而順利地建構(gòu)科學(xué)概念。

（3）建構(gòu)概念的意義在于新情境下的應(yīng)用

概念放在一定的應(yīng)用情境下才會顯得生動和有意義。對于教師來說，幫助學(xué)生建構(gòu)知識框架，形成正確的概念固然重要，但是，如果把這些概念“束之高閣”也就失去了原本意義。所以，構(gòu)建概念重在應(yīng)用。

例如：學(xué)生形成了“具有一定空間結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)，才能有生物學(xué)功能”的基本概念后，可繼續(xù)提問：“生雞蛋含有蛋白質(zhì)，煮熟的雞蛋呢？”學(xué)生經(jīng)過思考后，答出蛋白質(zhì)變性問題。教師追問：“蛋白質(zhì)變性后，是否還屬于蛋白質(zhì)呢？”教師演示：加熱試管中的蛋清后用雙縮脲試劑檢驗(yàn)，結(jié)果為“紫色”，說明熟雞蛋仍是蛋白質(zhì)，因?yàn)椤半逆I”還在！繼續(xù)比較“生蛋清”和“熟蛋清”的“紫色”，發(fā)現(xiàn)“熟蛋清”比“生蛋清”深。引導(dǎo)學(xué)生分析：加熱改變了蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)，暴露更多的“肽鍵”與雙縮脲試劑反應(yīng)后顏色加深。

通過這個(gè)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)，學(xué)生對“肽鍵”是蛋白質(zhì)特有的結(jié)構(gòu)，認(rèn)識更加深刻。與此同時(shí)，還學(xué)會了在新的問題情境下，利用概念解決問題的方法。

2.建構(gòu)核心概念的程序

掌握核心概念需要學(xué)生主動建構(gòu)，而非依靠教師的機(jī)械灌輸。因此需要一套有效的教學(xué)程序。北京教育學(xué)院的胡玉華教授以圖解的形式作了如下說明[4]：

筆者依據(jù)上述教學(xué)程序?qū)Α暗鞍踪|(zhì)”一節(jié)進(jìn)行了教學(xué)實(shí)踐，收到了良好的教學(xué)效果，見圖4所示。

三、建構(gòu)生物學(xué)核心概念的反思與體會

“在課堂教學(xué)中，核心概念應(yīng)成為課堂教學(xué)目標(biāo)之一。在制定教學(xué)目標(biāo)的過程中，教師需要思考：核心概念之間的聯(lián)系，核心概念與原有概念之間的聯(lián)系以及核心概念與其他相關(guān)概念之間的聯(lián)系。”[5]在“蛋白質(zhì)”一節(jié)的教學(xué)中，雖然涉及了一些生物學(xué)事實(shí)或事實(shí)性的概念，但這還不足以使學(xué)生構(gòu)建出“蛋白質(zhì)是生命活動的主要承擔(dān)者”這一核心概念，以及與它相關(guān)的更上位概念“細(xì)胞是由物質(zhì)分子組成的，不同的物質(zhì)承擔(dān)不同的功能”。因?yàn)閷W(xué)生的學(xué)習(xí)主要是通過課堂教學(xué)一課時(shí)一課時(shí)地理解和不斷積累的過程。對核心概念的認(rèn)識，也是在獲得大量事實(shí)和一般概念的基礎(chǔ)上，逐漸概括和建構(gòu)起來的。

所以，要想使學(xué)生對“蛋白質(zhì)”有更為深刻的認(rèn)識，還須在日后不斷地學(xué)習(xí)中，引導(dǎo)學(xué)生逐漸體會相關(guān)概念之間的聯(lián)系、不同層次概念之間的關(guān)系，為建構(gòu)核心概念奠定基礎(chǔ)。

此外，在進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)，教師要有“單元”設(shè)計(jì)意識。要能將“單元”或核心概念拆分為若干相關(guān)的基本概念，作為該單元不同課時(shí)的教學(xué)目標(biāo)實(shí)施教學(xué)。對于每課時(shí)的教學(xué)，絕不能只停留在讓學(xué)生記住一些簡單的生物學(xué)事實(shí)的水平上，而是要關(guān)注事實(shí)背后的內(nèi)涵，關(guān)注通過事實(shí)抽象出來的概念，使學(xué)生通過一個(gè)“單元”的學(xué)習(xí)，能概括出某類生物學(xué)事實(shí)總體特征和規(guī)律性的東西，并以此建構(gòu)合理的概念框架，進(jìn)而提高在新情境下解決實(shí)際問題的能力。

參考文獻(xiàn)：

[1][3][5]張穎之，劉恩山.核心概念在理科教學(xué)中的地位和作用——從記憶事實(shí)向理解概念的轉(zhuǎn)變[J].教育學(xué)報(bào)，2010（1）.

[2]劉恩山，張穎之.課堂教學(xué)中的生物學(xué)概念及其表述方式[J].生物學(xué)通報(bào)，2010（7）.

[4]胡玉華.生物教師學(xué)科知識結(jié)構(gòu)評價(jià)研究[M].北京：北京出版社，2011.

（作者單位：1.北京市海淀區(qū)教師進(jìn)修學(xué)校 2.北京理工大學(xué)附屬中學(xué)）

（責(zé)任編輯：馬贊）