生物學科概念的解析和達成芻議

吳向陽

（福州教育研究院，福建 福州 350001）

《義務教育生物學課程標準（2011年版）》（下文簡稱課程標準）明確提出，要凸顯重要概念的傳遞，這就要求教師在進行教學設計和實施時，必須考慮本課時教學內(nèi)容涉及哪些重要概念，重要概念與一般概念之間有怎樣的關系。課時教學建立的概念框架應指向重要概念，教師解析概念和引導學生達成概念，體現(xiàn)了教與學的邏輯。

一、概述概念的解析和達成

概念的解析是指教師在分析教學內(nèi)容時，應依據(jù)課程標準確立本節(jié)教學需要達成的重要概念，并對重要概念進行結(jié)構(gòu)分析，確立其下位概念、梳理各級下位概念間的關系、建立重要概念統(tǒng)領的概念框架。

概念的達成是指學生通過教師提供的體驗活動或事實性知識的獲得，認識和理解一般概念，或通過若干個下位概念，學生得出了某個上位概念。學生沿著教師幫助建立的概念框架，最后形成對重要概念的理解。概念的解析是教師對概念從上位向下位的拆分，最終找到貼近學情、直接能由事實支撐的概念，作為課時教學的起點。它體現(xiàn)了教師對教的邏輯的設計。概念的達成是學生從具體事實性知識的認知到抽象概念的形成，建立起由下位概念到上位概念、直至建構(gòu)與本節(jié)相關的概念框架，實現(xiàn)教的邏輯向?qū)W的邏輯的轉(zhuǎn)化。課堂教學觀摩時，通過觀察、分析教師對教學活動的設計和組織，可以得出教師對概念解析的邏輯，觀察和記錄學生在教學活動中的反應，可以發(fā)現(xiàn)學生達成概念的學習效果。本文以Y教師和L教師執(zhí)教的人教版七年級上冊《生物學》中“細胞的生活”（第一課時）教學觀察與分析為例，探討對概念的解析和達成的思考。

二、“細胞的生活”教學觀察和分析

1.圖像引入，提出“細胞生活需要物質(zhì)能量”

Y教師提供白細胞“追殺”病菌的視頻，L教師呈現(xiàn)洋蔥表皮和人口腔上皮細胞以及花生細胞的切片圖。學生注意力集中，認真觀察白細胞“追殺”病菌的視頻，Y教師引導學生從“白細胞的生活”初步認識“細胞的生活需要物質(zhì)和能量”。L教師的學生觀察花生細胞的切片顯微結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)“花生是由花生細胞構(gòu)成的”，為“細胞承擔生命活動”提供了事實證據(jù)的支持?？梢妰晌唤處煷_立了要幫助學生建立的大概念是“細胞的生活需要物質(zhì)和能量”“生命活動是由細胞承擔的”?？傮w上，Y教師運用演繹法逐步解釋和證明來組織教學，L教師則運用歸納法指導學生搜集事實證據(jù)而習得概念。

2.實驗體驗，建立“細胞由物質(zhì)構(gòu)成”

實驗一Y教師燃燒樹葉，演示樹葉中含有可燃含碳的有機物及不可燃的無機鹽。L教師烤花生、壓花生、燒花生，演示花生含水分和油脂，有機物和無機鹽等等。學生認真觀察演示實驗，大部分學生能說出“細胞是由有機物和無機物組成的”?？梢妰晌唤處熖峁┑膶嶒灛F(xiàn)象，有利于幫助學生建立一般概念“細胞是由有機物和無機物組成的”，進而支持其上位概念“細胞是由物質(zhì)構(gòu)成的”的得出。實驗二Y教師演示品紅溶解于水的實驗，學生觀察品紅分子在水中擴散的現(xiàn)象。L教師將紅糖倒入水中，學生發(fā)現(xiàn)混合物的刻度不等于兩者總和，L教師接著類比法演示大米與紅豆混合，學生觀察到大米滲入紅豆縫隙間。

通過演示實驗和教師的啟發(fā)，學生能說出“品紅是由分子構(gòu)成”“紅糖是由分子構(gòu)成”。學生的回答暴露出“物質(zhì)是由細胞構(gòu)成的”這一迷思概念，教師通過推理分析幫助學生轉(zhuǎn)化概念。

可見教學過程中，Y教師與L教師都解析了“物質(zhì)是由分子構(gòu)成的”這個一般概念。對于這個抽象的概念，L教師選擇的是讓學生觀察“品紅的微小顆粒在水中能擴散”的現(xiàn)象。Y教師則通過類比法，讓學生發(fā)現(xiàn)物質(zhì)的微小結(jié)構(gòu)間是有空隙的。在轉(zhuǎn)化迷思概念的過程中，兩位教師皆幫助學生建立生命體、細胞、物質(zhì)這三個概念的從屬關系。

3.歸納和演繹，形成“細胞膜控制物質(zhì)進出”

Y教師播放實驗視頻：一號蛋黃不做處理，二號蛋黃外滴加石蕊，三號蛋黃外滴加紅藥水，靜置后撕開蛋黃膜觀察結(jié)果。L教師運用談話法講解細胞膜控制物質(zhì)進出的模式圖，展示海水和海帶的鈉鹽、碘鹽含量的數(shù)據(jù)對比。之后教師出示生、熟莧菜浸泡在水中顏色的不同，要求學生做出解釋。通過Y教師對三個蛋黃對照實驗的分析，學生發(fā)現(xiàn)，由于蛋黃膜的控制，有的物質(zhì)不能到蛋黃膜之外、有的不能進入蛋黃膜之內(nèi)、有的可以進入。啟發(fā)學生說出了“細胞膜可以控制物質(zhì)進出”。L教師的數(shù)據(jù)分析讓學生發(fā)現(xiàn)海帶細胞膜內(nèi)外鈉、碘濃度分別有巨大差別，認識到細胞膜有選擇作用。在“莧菜”問題中，學生的解釋是“細胞膜破壞了，無法控制物質(zhì)的流出”。

可見為了達成“細胞膜可以控制物質(zhì)進出”這個概念，Y教師用的是歸納法，提供了三個事例。L教師用的是演繹法，陳述細胞膜的控制作用后舉證，并且設置了新的問題情境“熟莧菜為什么泡水有顏色？”，以此檢驗學生如何應用概念。

5.類比建模，闡釋“細胞的生活需要能量”

Y教師展示開動玩具車必需的要件，講述細胞內(nèi)能量轉(zhuǎn)化過程。L教師用發(fā)動機做比喻講述細胞內(nèi)能量的變化。兩位教師皆花了較長時間進行“細胞需要能量”相關概念的教學，對能量轉(zhuǎn)化過程進行推理和分析。此時大部分學生出現(xiàn)了走神和打哈欠的現(xiàn)象，少有應答。

可見，教師講述的“能量不是憑空產(chǎn)生或消失”“葉綠體將光能轉(zhuǎn)化為化學能”“化學能儲存在光合作用制造的有機物中”“呼吸作用分解了有機物”“線粒體使有機物釋放能量”等概念眾多且抽象，學生缺少直觀經(jīng)驗和認知基礎，此處成為學生的學習難點。

6.總結(jié)反饋，形成概念框架

兩班師生以談話式回顧板書。接著L教師以習題檢測學生的學習效果。Y教師創(chuàng)設問題情境，指導學生小組討論“為什么小明吃了東西有力氣跑與跳？”

總結(jié)反饋階段，學生應答熱烈，習題答對率高，小組討論熱烈。對于“有機物儲存著化學能”這個概念，兩班學生都應答困難。發(fā)現(xiàn)Y教師運用的習題大多是對事實性知識的回憶，涉及對“是什么”問題的回答。L教師的情境討論題中學生表述量大，涉及對“為什么”問題的回答。后者有利于教師了解學生對概念內(nèi)涵的理解情況。

三、基于“細胞的生活”觀察反思

1.基于學情確立概念解析框架

學生的學習起點是已有的認知水平。由于七年級學生處于生物學科的起始學段，缺乏對生物學事實現(xiàn)象的認識和概念的積累，教師要了解學生的認知出發(fā)點，為學生合理地建構(gòu)概念框架。以“細胞的生活需要能量”為例，七年級新授課時，應幫助學生建構(gòu)概念體系1：

A自然界中有各種形式的能量

A-1自然界中的能量可以轉(zhuǎn)化

A-1-1自然界的能量轉(zhuǎn)化需要一定條件

B細胞中的有機物儲存著化學能

B-1能量在細胞中會發(fā)生轉(zhuǎn)化

B-1-1細胞內(nèi)有能量轉(zhuǎn)換器葉綠體和線粒體

B-1-1-1葉綠體將光能轉(zhuǎn)化為化學能

B-1-1-2線粒體將化學能釋放出來

完成八年級生物學學習后，幫助學生建立概念體系2：

A細胞中的有機物儲存著化學能

A-1光合作用制造有機物

A-2葉綠體將光能轉(zhuǎn)化為化學能，并將化學能儲存在有機物中

B有機物的化學能可以釋放出來供細胞利用

B-1呼吸作用分解有機物

B-2線粒體可以使化學能釋放出來

B-3化學能可轉(zhuǎn)化為熱能、電能、機械能等等形式的能量

概念體系1中“有機物中存在著化學能”這個概念對七年級生物學學習十分關鍵，教學中若能提供事實證據(jù)加以支持，則有利于對后續(xù)的教學難點“細胞的能量”的解決。若教師以為“講深就能講透”，則會脫離學情將大量名詞術語帶入課堂教學，增加學生的學習難度。

2.陳述式表達呈現(xiàn)概念達成目標

教師通常以板書來呈現(xiàn)一節(jié)課中主要的概念學習目標，板書可以展示教師對概念的解析邏輯，并幫助學生回顧概念內(nèi)涵形成概念框架，因此板書的呈現(xiàn)方式影響到概念的達成。本課兩位教師的板書分別如圖1、圖2所示。

圖1 Y教師的板書

圖2 L教師的板書

上述兩個板書都以陳述的方式呈現(xiàn)概念。對于不是學科專業(yè)人員的初中學生來說，用完整的句子表達概念，比起用短語和專業(yè)詞匯，更有效地傳遞概念的內(nèi)涵。［1］同時，陳述句式表達概念，與課堂教學過程所達成的概念形式及內(nèi)容吻合，有利于學生完整地復現(xiàn)和再認概念。而有些板書，以序號加詞組的形式呈現(xiàn)，如“一、細胞中的物質(zhì)”；“1.有機物”“2.無機物”等等，當學生在復習時，這樣的板書不利于回憶和再現(xiàn)概念的內(nèi)涵。

3.設計新情境檢驗概念達成效果

學生的學習是為了獲得概念并在未來的學習和生活中運用。教學中模擬生活情境問題來反饋教學，有利于評價學生概念的達成。圖3表示L教師用于指導學生討論的話題“吃了蘋果的小明有力氣跑跑跳跳”。

圖3 人體生命活動能量來源示意圖

利用該圖片情境，學生能夠描述出“太陽光能通過葉綠體轉(zhuǎn)化為化學能”“蘋果的有機物儲存了化學能”“蘋果的物質(zhì)通過細胞膜進入人體細胞”“化學能通過線粒體釋放出來”等一系列概念，綜合應用這些概念，學生解釋“人體生命活動能量來源”這個問題。當教師將教學的關注點轉(zhuǎn)到促進學生的概念遷移上，才能引導學生建立系列概念之間的邏輯關系來解決問題。［2］相反，如果鞏固環(huán)節(jié)僅是名詞術語的填空和選擇，師生則容易囿于事實性知識的回憶和再現(xiàn)。

4.目標設置指向重要概念的達成

科學教育的目的不是獲得一堆事實堆積的知識，而是實現(xiàn)指向核心概念的一個進展過程。［3］師生的教學活動是在落實每個概念的達成，而教師所設定的課時或單元目標卻始終要指向更大的概念和重要概念，并為生物學觀點的滲透做積累。例如，燒花生的實驗不是要學生背下“能燒的是有機物，剩下的是無機物”，而是要給學生留下“花生是由有機物和無機物構(gòu)成的”這個概念。再例如，展示“品紅在水中擴散”為了得出“品紅是由分子構(gòu)成的”進而得出“（多數(shù)）物質(zhì)是由分子構(gòu)成的”這個概念；“細胞膜控制物質(zhì)的進出”指向更上位的概念“細胞是相對獨立的結(jié)構(gòu)，與外界環(huán)境有物質(zhì)的交換”；“花生細胞承擔了生命活動”這個概念指向“細胞是生物體結(jié)構(gòu)和功能的基本單位”這個大概念，等等。概念的解析是教師幫助理清學生概念達成的路徑，更上位的概念直至大概念，是學生概念達成的方向。當教師有意識地確立重要概念這個路標，并把每一個下位概念的獲得看作是掌握大概念的必需環(huán)節(jié)，教學中才能時時保持對重要概念學習的高度關注，并在教學過程中不斷引導學生概括和歸納。這樣才能避免讓教學陷入事實性知識的描述和碎片化的概念學習。