利用韋恩圖區(qū)分高中生物學(xué)中的易混淆概念

馬玉芬 龔 寧

(貴州師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院 貴陽(yáng) 550025)

韋恩圖，也叫文氏圖，即用一條封閉曲線直觀地表示集合及其關(guān)系的圖形，它是由英國(guó)著名邏輯學(xué)家、歷史學(xué)家韋恩(Venn)提出來(lái)的。韋恩圖在數(shù)學(xué)教育中經(jīng)常使用，它強(qiáng)調(diào)事物間的相互關(guān)系。

1 利用韋恩圖區(qū)分易混淆概念的初衷

美國(guó)《下一代科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》(NGSS)強(qiáng)調(diào)“跨學(xué)科”的思想，針對(duì)同一主題用不同學(xué)科思維進(jìn)行思考，可使問(wèn)題的解決方式呈現(xiàn)多元化。在生物學(xué)概念教學(xué)中融入“跨學(xué)科”思想，有利于學(xué)生理解概念的本質(zhì)。

高中生物學(xué)教材中存在較多的易混淆概念，青少年的認(rèn)知水平不夠成熟，不能對(duì)大量易混淆概念明確界定，導(dǎo)致“一問(wèn)就忘”或者“一問(wèn)就會(huì)、一做就錯(cuò)”，根本原因是“學(xué)生沒(méi)有真正理解概念”。很多教師通常采用“列表法”進(jìn)行概念區(qū)分。此方法雖然直觀，但存在弊端： 一方面表格繪制用時(shí)過(guò)長(zhǎng)，過(guò)程缺乏趣味性；另一方面，列表僅側(cè)重于區(qū)分概念，沒(méi)有呈現(xiàn)被比較對(duì)象(概念)間的邏輯關(guān)系，極易導(dǎo)致概念孤立化，影響學(xué)生對(duì)于概念體系的邏輯建構(gòu)。為了彌補(bǔ)以上缺點(diǎn)，可基于“跨學(xué)科”思想，探討利用韋恩圖區(qū)分易混淆概念。

2 概念易混淆的原因

2.1 字面理解概念名稱，導(dǎo)致概念同一化 高中學(xué)生容易從字面理解概念，導(dǎo)致對(duì)概念一知半解。例如“中樞神經(jīng)”和“神經(jīng)中樞”，中樞神經(jīng)是一個(gè)結(jié)構(gòu)概念，指神經(jīng)系統(tǒng)的中樞部分，包括腦和脊髓；神經(jīng)中樞是一個(gè)功能概念，指的是功能相同的神經(jīng)元細(xì)胞體的集中區(qū)域。由于兩個(gè)概念名稱相似(此處為字序不同)，學(xué)生往往把兩者同一化，認(rèn)為是同一個(gè)意思。此類概念還有： 原生質(zhì)體和原生質(zhì)層、細(xì)胞液和細(xì)胞內(nèi)液、DNA聚合酶和DNA連接酶等。

2.2 概念的層次分辨不清 生物學(xué)概念間也存在數(shù)學(xué)中的包含關(guān)系，“包含”一詞說(shuō)明概念是分層的，即上位概念和下位概念，概念層次不清也是區(qū)分概念的一大阻礙因素。例如“細(xì)胞死亡”和“細(xì)胞凋亡”，兩者都強(qiáng)調(diào)細(xì)胞的“亡”，但細(xì)胞死亡(上位概念)包括細(xì)胞壞死和細(xì)胞凋亡(下位概念)。此類概念還有： 脂質(zhì)和脂肪、體液調(diào)節(jié)和激素調(diào)節(jié)、固醇和膽固醇等。

2.3 前概念對(duì)新概念的理解形成負(fù)遷移 學(xué)生的前概念的獲得途徑多且雜，甚至不乏有錯(cuò)誤的前概念，可能會(huì)對(duì)后來(lái)要學(xué)習(xí)的新概念形成負(fù)遷移。例如“赤道板”和“細(xì)胞板”，赤道板是在有絲分裂中期時(shí)與紡錘體中軸垂直的平面，是一種虛擬平面，細(xì)胞板是出現(xiàn)在赤道板位置的真實(shí)結(jié)構(gòu)。由于受地理學(xué)科中“赤道”概念的干擾，學(xué)生會(huì)認(rèn)為赤道板是“實(shí)”(是結(jié)構(gòu))，進(jìn)而認(rèn)為細(xì)胞板是“虛”(不是結(jié)構(gòu))。此類概念還有： 內(nèi)環(huán)境和細(xì)胞內(nèi)液、性狀和表現(xiàn)型、主動(dòng)運(yùn)輸和被動(dòng)運(yùn)輸、攝入量和同化量等。

3 利用韋恩圖區(qū)分幾組常見(jiàn)的易混淆概念

下面采用具有邏輯思維優(yōu)勢(shì)的韋恩圖，對(duì)幾組常見(jiàn)的易混淆概念進(jìn)行區(qū)分。

3.1 生長(zhǎng)素和生長(zhǎng)激素 生長(zhǎng)素屬于植物激素，調(diào)節(jié)植物的生長(zhǎng)發(fā)育；生長(zhǎng)激素屬于動(dòng)物激素，促進(jìn)動(dòng)物個(gè)體生長(zhǎng)。兩者只差了一個(gè)“激”字，在名稱上具有相似性，由于生長(zhǎng)素也是激素(在植物中)，學(xué)生在潛意識(shí)中認(rèn)為激素類的物質(zhì)(如甲狀腺激素、抗利尿激素等)都含有“激素”二字，所以把“生長(zhǎng)激素”和“生長(zhǎng)素”同一化理解。教師可引導(dǎo)學(xué)生繪制韋恩圖來(lái)區(qū)分這組概念(圖1)。

圖1 生長(zhǎng)素與生長(zhǎng)激素的對(duì)比韋恩圖

3.2 終止子和終止密碼子 由于“終止子”和“終止密碼子”都有“終止細(xì)胞某一活動(dòng)”的意思，且概念名稱類似，故容易混淆，屬于字面理解概念名稱導(dǎo)致的概念同一化問(wèn)題。區(qū)分兩者的關(guān)鍵在于兩者所在的位置和作用不同。終止子在DNA上，終止轉(zhuǎn)錄活動(dòng)；終止密碼子在mRNA上，終止翻譯活動(dòng)?？衫L制如下韋恩圖來(lái)區(qū)分這組概念(圖2)。

圖2 終止子與終止密碼子的對(duì)比韋恩圖

3.3 體液、細(xì)胞液、細(xì)胞內(nèi)液與細(xì)胞外液 由于概念層次不清和概念名稱相似，學(xué)生易對(duì)以上四個(gè)概念產(chǎn)生混淆，區(qū)分的關(guān)鍵在于厘清四個(gè)概念的層次。體液是人和動(dòng)物體中大量以水為基礎(chǔ)的液體，包括細(xì)胞內(nèi)液和細(xì)胞外液，故體液是上位概念。細(xì)胞內(nèi)液和細(xì)胞外液是以細(xì)胞膜為界的細(xì)胞內(nèi)外液體，屬于下位概念。細(xì)胞液是植物液泡的內(nèi)含液體?？衫L制如下韋恩圖來(lái)區(qū)分這組概念(圖3)。

圖3 體液、細(xì)胞液、細(xì)胞內(nèi)液與細(xì)胞外液的對(duì)比韋恩圖

3.4 體液調(diào)節(jié)和激素調(diào)節(jié) 激素調(diào)節(jié)是體液調(diào)節(jié)的主要內(nèi)容，因此這對(duì)概念是一種包含關(guān)系。因?yàn)榧に卣{(diào)節(jié)通過(guò)體液把激素運(yùn)輸?shù)桨屑?xì)胞并起作用的，但是體液調(diào)節(jié)所傳輸?shù)幕瘜W(xué)物質(zhì)不僅包括激素，還有其他調(diào)節(jié)因子，所以范圍相對(duì)來(lái)說(shuō)更加廣泛。學(xué)生對(duì)于兩者的“傳輸物質(zhì)”了解不充分，導(dǎo)致對(duì)概念層次的忽略。可繪制如下韋恩圖來(lái)區(qū)分這組概念(圖4)。

圖4 體液調(diào)節(jié)與激素調(diào)節(jié)的對(duì)比韋恩圖

3.5 應(yīng)激性和反射 “應(yīng)激性”和“反射”存在共性，都強(qiáng)調(diào)“對(duì)外界刺激作出反應(yīng)”，影響學(xué)生對(duì)具體現(xiàn)象的分析和判斷。舉兩個(gè)例子： 草履蟲(chóng)趨于從鹽水溶液進(jìn)入營(yíng)養(yǎng)液、用手觸摸含羞草導(dǎo)致含羞草“害羞”，學(xué)生常把這兩種現(xiàn)象歸類為反射現(xiàn)象。這是因?yàn)椤皯?yīng)激性”是初中學(xué)到的內(nèi)容，學(xué)生忽略了這個(gè)前概念；另外，學(xué)生的認(rèn)知只停留在“對(duì)外界刺激作出反應(yīng)”的表象，未能深入分析到“反射弧”的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)層面，導(dǎo)致誤判。反射只是應(yīng)激性的一種形式，判斷是不是反射現(xiàn)象關(guān)鍵在于有沒(méi)有經(jīng)過(guò)神經(jīng)中樞，因?yàn)椴萋南x(chóng)是單細(xì)胞生物、含羞草是植物，兩者都無(wú)神經(jīng)中樞，所以兩類現(xiàn)象都屬于“應(yīng)激性”中的其他表現(xiàn)形式，而不是反射現(xiàn)象，故前概念的忽略和概念層次不明是這兩個(gè)概念易混淆的原因?？赏ㄟ^(guò)繪制如下韋恩圖來(lái)區(qū)分這組概念(圖5)。

圖5 應(yīng)激性與反射的對(duì)比韋恩圖

3.6 種群密度和豐富度 兩個(gè)概念難以區(qū)分的原因在于它們都強(qiáng)調(diào)了“數(shù)量多少”，但“種群密度”這個(gè)前概念對(duì)學(xué)生理解“豐富度”產(chǎn)生阻礙，導(dǎo)致學(xué)生區(qū)分不開(kāi)。關(guān)鍵是明確兩者是哪個(gè)層面的什么數(shù)量，“種群密度”是種群層面的單位個(gè)體數(shù)量，“豐富度”是群落層面的所有物種數(shù)量。可繪制如下韋恩圖來(lái)區(qū)分這組概念(圖6)。

圖6 種群密度與豐富度的對(duì)比韋恩圖

在概念辨析中，“韋恩圖”與“列表法”相比更具優(yōu)勢(shì)，它可以形象直觀地表達(dá)出易混淆概念之間的邏輯關(guān)系，不僅明了有趣，更能發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維。