系統(tǒng)論認(rèn)識下的高中生物學(xué)復(fù)習(xí)課概念教學(xué)設(shè)計與實施路徑

◎ 金子明 劉玉配 武宇清

一、還原論認(rèn)識下的概念教學(xué)思考

“內(nèi)容聚焦大概念”是高中生物學(xué)課程的理念之一［1］，而以單元設(shè)計、情境創(chuàng)設(shè)、問題驅(qū)動、探究構(gòu)建等為策略實施概念教學(xué)，有助于學(xué)生深度學(xué)習(xí)和核心素養(yǎng)發(fā)展。有教師總結(jié)，在單元教學(xué)設(shè)計中應(yīng)首先基于大情境、聚焦大問題，然后根據(jù)大問題解決的步驟，所使用的知識、方法，情境所涉及的范圍等因素，將大問題分解為若干具體小問題，通過小問題的解決實現(xiàn)大問題的解決。［2］這種具有還原論思想特征的教學(xué)模式，在課堂教學(xué)中被廣泛認(rèn)同。

還原論認(rèn)識下的教學(xué)設(shè)計，注重對問題的拆分和解決，通過從大到小的問題分解，和自下而上的問題解決與概念建構(gòu)，實現(xiàn)“總–分–總”式的概念教學(xué)路徑。例如，以地下農(nóng)場建設(shè)為情境，以如何建設(shè)地下農(nóng)場為大問題，對滬科版高中生物學(xué)教材“生物的代謝”單元進(jìn)行教學(xué)設(shè)計，可以將大問題拆解，形成問題鏈以驅(qū)動教學(xué)：植物生長需要哪些物質(zhì)和條件？植物細(xì)胞如何吸收物質(zhì)？物質(zhì)如何進(jìn)行轉(zhuǎn)變？植物產(chǎn)量與哪些內(nèi)在因素有關(guān)？如何提高植物同化作用能力、降低異化作用能力？植物實現(xiàn)同化和異化作用的主要過程是什么？光合作用與呼吸作用的場所和基本過程是什么？影響光合速率和呼吸速率的因素是什么？提高光合速率、降低呼吸速率的具體方法有什么？并提出地下農(nóng)場建設(shè)的建議。通過“情境創(chuàng)設(shè)、問題分解—逐項解決、建構(gòu)概念—整體解釋、遷移運(yùn)用”的教學(xué)過程，不僅建構(gòu)了新概念，也觸發(fā)了學(xué)生的深度學(xué)習(xí)，發(fā)展了其學(xué)科核心素養(yǎng)，因此還原論認(rèn)識下的教學(xué)設(shè)計具有較強(qiáng)的實踐意義和價值。

二、系統(tǒng)論認(rèn)識下的概念教學(xué)思考

我們生活在一個復(fù)雜多變的世界中，面臨的是更為復(fù)雜、劣構(gòu)的情境，并非所有問題都能通過由整體向下分解的還原論思想得到解決。而系統(tǒng)論吸收了還原論、整體論等思想，注重整體與部分、部分與部分、整體與環(huán)境之間的相互關(guān)系和協(xié)調(diào)整合，關(guān)注新一層次下系統(tǒng)顯現(xiàn)的新特征，在解決復(fù)雜問題中具有重要意義，也是生物學(xué)重要的思想觀念之一。［3］如果我們把中學(xué)生物學(xué)課程概念體系看作是整體，把各個概念看作是部分，則學(xué)科概念體系與概念、概念與概念、學(xué)科概念體系與社會環(huán)境之間也應(yīng)存在關(guān)聯(lián)，在社會環(huán)境和學(xué)科交互的層面上，學(xué)科概念體系顯現(xiàn)出社會性的新特征。因此，我們可以進(jìn)行假設(shè)：若在系統(tǒng)論認(rèn)識下進(jìn)行教學(xué)設(shè)計，注重對問題的整合和反思，有助于學(xué)生創(chuàng)新思維和問題解決能力的發(fā)展，在由散到聚的問題凝匯和自上而下的追問解決中，引導(dǎo)學(xué)生對概念的遷移運(yùn)用，和對概念或概念體系本身的審視與重建。教學(xué)過程可以概括為：情境導(dǎo)入、關(guān)聯(lián)概念—碰撞情境、凝練問題—設(shè)計方案、交流分析—跳出情境、審視反思。

這樣的教學(xué)路徑是否有價值？在何種課型中運(yùn)用更具操作性？如何運(yùn)用這種路徑進(jìn)行教學(xué)設(shè)計和實施？筆者在高中生物學(xué)等級考第二輪專題復(fù)習(xí)階段進(jìn)行了探索實踐。

三、系統(tǒng)論認(rèn)識下的概念教學(xué)設(shè)計與實施——以“免疫和生物工程”專題復(fù)習(xí)為例

本復(fù)習(xí)課設(shè)計和實施所依據(jù)的教材為滬科版《高中生命科學(xué)（試用本）》，涉及的主要章節(jié)是“動物體的細(xì)胞識別和免疫”“基因工程與轉(zhuǎn)基因生物”“微生物傳染病的傳播和預(yù)防”。需要說明的是，該教材于2022年9月起變更為新滬科版教材《高中生物學(xué)》。新教材中“人體的免疫調(diào)節(jié)”“基因工程”兩章內(nèi)容與老教材相關(guān)內(nèi)容對應(yīng)，在“雙新”背景下，本實踐研究仍有參考價值。

（一）課標(biāo)分析與情境選取

《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》對學(xué)生的學(xué)業(yè)質(zhì)量提出了要求（以“水平3”為例），如“在特定問題情境中，能以生命觀念為指導(dǎo)，分析生命現(xiàn)象”“采用文字、圖示或模型的形式，舉例說明生物工程與技術(shù)的原理及其與社會之間的關(guān)系”“能夠針對特點情境提出可探究的生物學(xué)問題或生物工程需求，基于給定條件，設(shè)計方案”等，而這些正是學(xué)生的薄弱點。在復(fù)習(xí)階段，學(xué)生初步形成學(xué)科概念體系，絕大部分學(xué)生達(dá)到“水平2”及以上要求，通過專題復(fù)習(xí)可以進(jìn)一步達(dá)到更上一級的學(xué)業(yè)質(zhì)量水平。而與新冠肺炎疫情有關(guān)的情境蘊(yùn)藏著大量高中生物學(xué)課程內(nèi)容，極具綜合性，其中有關(guān)免疫和生物工程的內(nèi)容是培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的良好載體。以“新冠病毒疫苗研發(fā)”為情境，給予學(xué)生運(yùn)用“免疫系統(tǒng)能夠抵御病原體的侵襲，識別并清楚機(jī)體內(nèi)衰老、死亡或異常細(xì)胞，實現(xiàn)機(jī)體穩(wěn)態(tài)”“基因工程在農(nóng)牧、食品及醫(yī)藥等行業(yè)的廣泛應(yīng)用改善了人類的生活品質(zhì)”等概念解決現(xiàn)實問題的契機(jī)。需要說明的是，本課為長短課時制下的長課，時長為60分鐘。

系統(tǒng)論認(rèn)識下的復(fù)習(xí)課概念教學(xué)在進(jìn)行課標(biāo)分析時應(yīng)注意兩點：一是研讀課標(biāo)中對不同學(xué)業(yè)質(zhì)量水平的描述，并分析學(xué)生學(xué)業(yè)質(zhì)量水平現(xiàn)狀；二是提前通過作業(yè)和測驗，評價學(xué)生對概念體系的掌握程度，找到大多數(shù)學(xué)生的薄弱概念。建議根據(jù)學(xué)情設(shè)置復(fù)習(xí)內(nèi)容，找到學(xué)生的最近發(fā)展區(qū)，以便確定學(xué)習(xí)目標(biāo)和教學(xué)策略；建議選取有綜合性、挑戰(zhàn)性、趣味性的情境，其來源可以是區(qū)級及以上的大規(guī)模測試題的題干、熱點生物學(xué)社會議題或重大科研成果；建議關(guān)注課時是否能保證教學(xué)實施，可以考慮多課時微單元或長課時實施。

（二）教學(xué)目標(biāo)和策略制定

本復(fù)習(xí)課教學(xué)目標(biāo)設(shè)計為：回顧并遷移免疫及生物工程等核心概念，提出幾種緩解或阻遏新冠肺炎疫情的方法；選擇適宜的工程技術(shù)，采用圖文形式繪制新冠疫苗制備流程，并交流完善；通過分析滅活或減毒疫苗、基因工程疫苗、核酸疫苗制備的原理，比較它們的優(yōu)缺點；回顧并重新審視生物工程的定義，思考人類、社會、科學(xué)和技術(shù)的關(guān)系。

系統(tǒng)論認(rèn)識下的復(fù)習(xí)課概念教學(xué)在目標(biāo)設(shè)計時有三點關(guān)注。第一，關(guān)注學(xué)生概念體系的形成與完善，建議將分屬在不同大概念下的子概念，在新情境的整合下進(jìn)行邏輯勾連，建立新的概念之間的關(guān)系，如與免疫有關(guān)的次位概念和與生物工程有關(guān)的次位概念在課程標(biāo)準(zhǔn)中分布于不同的大概念下，但彼此之間可以有所關(guān)聯(lián)，有助于發(fā)展學(xué)生知識遷移能力。第二，關(guān)注學(xué)生在情境中對概念的運(yùn)用，建議“一境貫穿”，關(guān)注問題鏈和學(xué)習(xí)活動的設(shè)計，引導(dǎo)學(xué)生主動回憶并表述概念，以多種形式呈現(xiàn)對概念的運(yùn)用。第三，關(guān)注元認(rèn)知在復(fù)習(xí)中的作用，建議精心設(shè)計問題并充分預(yù)設(shè)，借助課堂生成，誘發(fā)生生互動，引導(dǎo)學(xué)生審視核心概念，反思學(xué)習(xí)經(jīng)歷，發(fā)展學(xué)科核心素養(yǎng)。

（三）教學(xué)過程

1.情境導(dǎo)入、關(guān)聯(lián)概念：做好概念遷移的準(zhǔn)備

請學(xué)生交流新冠肺炎疫情對學(xué)習(xí)生活、社會發(fā)展的影響，并舉例與疫情有關(guān)的生物學(xué)概念。學(xué)生發(fā)散性地聯(lián)系多個生活場景和社會現(xiàn)象，列舉若干與病毒、免疫、疫苗、傳染病、生物工程等有關(guān)的概念，教師適當(dāng)追問概念細(xì)節(jié)。

【設(shè)計意圖】情境導(dǎo)入、關(guān)聯(lián)概念是指引導(dǎo)學(xué)生回憶并表述與情境有關(guān)的概念。其目的有三個：一是調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和熱情；二是幫助教師掌握學(xué)生對相關(guān)概念的熟悉程度和理解的準(zhǔn)確程度；三是回顧知識，為全體學(xué)生完成后續(xù)學(xué)習(xí)活動搭建臺階。

2.碰撞情境、凝練問題：在情境中運(yùn)用概念，指出要解決的問題

教師提問學(xué)生：可以從哪些方面緩解或阻遏新冠肺炎疫情擴(kuò)散、降低其危害呢？學(xué)生聯(lián)系各個生活場景，提出若干個具體的切斷傳染鏈的方法，包括加強(qiáng)檢測、接種疫苗、開發(fā)特效藥等。再次提問：其中最重要的措施是什么？為什么？基于已學(xué)知識和生活實際，學(xué)生認(rèn)為是開發(fā)有效疫苗和實現(xiàn)全民接種。此時，教師出示圖文信息，“COVID-19是一種以單鏈RNA為遺傳物質(zhì)的包膜病毒，包膜上存在棘突，不同的冠狀病毒的棘突有明顯的差異，它會引起強(qiáng)烈的呼吸道感染癥狀”，并提出問題：如何制備新冠病毒疫苗？

【設(shè)計意圖】 同樣是關(guān)注“情境”和“問題”，新授課中“情境創(chuàng)設(shè)、聚焦問題”的主要目的，是針對學(xué)生暴露的前科學(xué)概念來激疑生惑，并引導(dǎo)概念建構(gòu)。［4］而系統(tǒng)論認(rèn)識下的復(fù)習(xí)課概念教學(xué)中，“碰撞情境、凝練問題”的主要意圖是調(diào)動學(xué)生對概念的理解，主動與情境進(jìn)行碰撞，提出問題，發(fā)展學(xué)生的發(fā)散性思維和創(chuàng)新思維，并在師生、生生交互中，引導(dǎo)學(xué)生凝練出最具解決價值的問題以驅(qū)動教學(xué)。由于該環(huán)節(jié)具有開放性，建議在充分預(yù)設(shè)的基礎(chǔ)上，關(guān)注學(xué)生有價值的生成，為之后“跳出情境、審視反思”的教學(xué)環(huán)節(jié)提供素材。

3.設(shè)計方案、交流分析：遷移概念、解決問題的核心環(huán)節(jié)

教師設(shè)計學(xué)習(xí)活動：結(jié)合圖文信息，繪制新冠病毒疫苗的制備流程。教師預(yù)設(shè)并觀察到學(xué)生構(gòu)建了三類疫苗（滅活或減毒疫苗、基因工程蛋白質(zhì)疫苗和DNA疫苗）的制備流程。完成后，教師請三位學(xué)生分別交流介紹。學(xué)生介紹的過程中，教師綜合備課時預(yù)設(shè)的問題和實際生成，微調(diào)問題鏈并追問細(xì)節(jié)，落實重要知識的復(fù)習(xí)，并在師生、生生互動中完善流程圖，解決如何制備新冠病毒疫苗的問題。教學(xué)內(nèi)容如表1所示，其中將基因工程蛋白疫苗的制備作為復(fù)習(xí)的重點。

表1 學(xué)生繪制的流程及教師的問題鏈

【設(shè)計意圖】通過遷移概念進(jìn)行方案設(shè)計，并在互動交流中完善方案、解決問題，是本環(huán)節(jié)的教學(xué)意圖。繪制出流程圖，首先需要學(xué)生遷移免疫調(diào)節(jié)的結(jié)構(gòu)與物質(zhì)基礎(chǔ)的相關(guān)概念分析材料，選擇合適的生物工程或技術(shù)，以建模的形式將內(nèi)化的概念具象，將學(xué)科核心素養(yǎng)外顯。由于在日常作業(yè)中，學(xué)生有回答關(guān)于這三類疫苗問題的經(jīng)歷，因此教師提前預(yù)設(shè)了學(xué)生的繪制結(jié)果、追問的關(guān)鍵點和問題鏈，也為學(xué)生不能繪制三類流程圖做好了準(zhǔn)備。需要強(qiáng)調(diào)的是，教師追問不僅要保證知識點的落實，還應(yīng)有助于學(xué)科素養(yǎng)發(fā)展。如追問三類疫苗發(fā)揮作用的原因，應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生意識到免疫應(yīng)答是以抗原–受體的結(jié)合為基礎(chǔ)的，體現(xiàn)了結(jié)構(gòu)與功能觀、物質(zhì)與信息觀；如追問學(xué)生三類疫苗的優(yōu)缺點，應(yīng)引導(dǎo)他們運(yùn)用列表法進(jìn)行比較與歸納，發(fā)展科學(xué)思維；如追問學(xué)生有關(guān)篩選、受體細(xì)胞選擇、疫苗保存等問題，其目的都是綜合學(xué)科知識、理性分析實際，發(fā)展科學(xué)探究素養(yǎng)。

4.跳出情境、審視反思：收獲對生物學(xué)概念的元認(rèn)知

系統(tǒng)論認(rèn)識下的教學(xué)，注重對學(xué)生概念遷移、創(chuàng)新思維、問題解決能力的培養(yǎng)，期待學(xué)生對概念或概念體系本身的審視與重建。本環(huán)節(jié)是教學(xué)難點，也更能印證系統(tǒng)論認(rèn)識下教學(xué)設(shè)計有效性，因此以師生對話的形式加以呈現(xiàn)。

教師：除制備疫苗外，也有同學(xué)提到開發(fā)特效藥。大家有何思路？

學(xué)生：制備單克隆抗體。將減毒疫苗注射給猴，提取漿細(xì)胞，并與骨髓瘤細(xì)胞融合為雜交瘤細(xì)胞，篩選后生產(chǎn)單克隆抗體，注射給患者。體內(nèi)病毒與之結(jié)合，危害降低。

教師：很好！但為何用猴替代教材中提到的鼠？

學(xué)生：我認(rèn)為猴與人的親緣關(guān)系更近，猴產(chǎn)抗體可能更有效，而鼠產(chǎn)抗體可能引起人的排異反應(yīng)。

教師：這個想法非常棒！事實上，不論鼠源性抗體或猴源性抗體，醫(yī)學(xué)上都會將它們處理后再應(yīng)用。

教師：還有同學(xué)提到對物流鏈進(jìn)行抽檢，那如何開發(fā)檢測工具？

學(xué)生A：還是用單克隆抗體做成試劑，用棉簽涂抹貨物后浸入其中。若存在病毒，試劑中的抗體會和病毒結(jié)合，產(chǎn)生沉淀。

學(xué)生B：若貨物上病毒很少，觀察不出來怎么辦？

學(xué)生A：可以通過顯微鏡觀察。

學(xué)生C：那得需要電子顯微鏡吧！太不方便了！能不能結(jié)合顯色反應(yīng)的原理？

教師：討論得很好，顯色物質(zhì)和單克隆抗體的配合已經(jīng)接近真相。因為時間有限，我們課后交流。相關(guān)資料將發(fā)送在班級群內(nèi)，感興趣的同學(xué)可以查看。

教師：大家為什么想到單克隆抗體在疫情防控中可能會起到作用？

學(xué)生：因為病毒是抗原，抗體和抗原可以結(jié)合。

教師：很好！注意問題是，為什么要用單克隆抗體？

學(xué)生：單克隆抗體特異性強(qiáng)、靈敏度高……

學(xué)生：可以大規(guī)模生產(chǎn)！

教師：效果好又便于生產(chǎn)！結(jié)合今天的課題，如何生產(chǎn)它？

學(xué)生：依靠生物工程！

教師：請大家用自己的語言說說，什么是生物工程？

學(xué)生：運(yùn)用生物學(xué)規(guī)律改造生物或者細(xì)胞，生產(chǎn)人類所需產(chǎn)物的工程。

教師：人類哪方面所需？

學(xué)生：醫(yī)療、農(nóng)業(yè)、食品、改善環(huán)境……不可以用于武器！

教師：你們收獲了一種運(yùn)用生物學(xué)解決問題的思維！請同學(xué)們再次瀏覽教材上關(guān)于生物工程的定義，思考人類、社會、科學(xué)、技術(shù)之間的關(guān)系。

【設(shè)計意圖】基于SOLO分類理論，學(xué)習(xí)者思維水平的最高層次是擴(kuò)展抽象，代表了學(xué)生高水平的學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)造意識，該思維水平的特點是學(xué)生對問題有整體的把握，還能將知識在新情境中運(yùn)用，拓展問題本身的意義，加入自身推理和揣摩，形成具有概括性、抽象性、開放性的結(jié)論。［5］因此，“跳出情境”是為了引導(dǎo)學(xué)生養(yǎng)成對問題進(jìn)行整體把握的意識，通過對概念的反思和深度理解，提升運(yùn)用概念解釋或解決問題的能力。通常學(xué)生更關(guān)注生物工程的技術(shù)類型、操作步驟，反而對生物工程“是什么、為什么”缺乏關(guān)注。在繪制疫苗制備流程的環(huán)節(jié)中，學(xué)生對運(yùn)用生物學(xué)知識和原理指導(dǎo)實踐有了體驗，感受到生物工程是運(yùn)用知識和原理，解決人類生活、社會發(fā)展實際問題的，因此新藥開發(fā)、檢測工具制作等都可以用相似技術(shù)和相關(guān)原理實現(xiàn)。學(xué)生之所以能夠想到很多應(yīng)對疫情的方法，實際是已經(jīng)內(nèi)化了相關(guān)生物學(xué)概念，初步掌握了一些生物技術(shù)原理，初步形成了解決相關(guān)問題的思維方式。但還需要引導(dǎo)學(xué)生意識到自己為何形成了這樣的素養(yǎng)，運(yùn)用這樣的素養(yǎng)還能解決什么問題，引導(dǎo)元認(rèn)知的發(fā)生。

基于對系統(tǒng)論思想的認(rèn)識，筆者認(rèn)為該思想的整體性、層次性、開放性、關(guān)聯(lián)性等適合對復(fù)習(xí)課的概念教學(xué)進(jìn)行指導(dǎo)。筆者引導(dǎo)學(xué)生主動聯(lián)系生活和生物學(xué)概念，與情境碰撞，激發(fā)了學(xué)習(xí)熱情，也為后續(xù)學(xué)習(xí)活動的完成搭建臺階；充分預(yù)設(shè)學(xué)生的實際表現(xiàn)，針對學(xué)生的概念呈現(xiàn)進(jìn)行追問，推動知識點復(fù)習(xí)，達(dá)到了較好的成效；從課堂生成中，選擇有助于學(xué)生跳出情境的新情境，引導(dǎo)他們對生物學(xué)概念進(jìn)行審視和反思，鍛煉了概念遷移的意識和能力，達(dá)成了教學(xué)目標(biāo)和設(shè)計意圖。通過教學(xué)效果印證了系統(tǒng)論認(rèn)識下的概念教學(xué)設(shè)計與實施路徑在復(fù)習(xí)課具有可操作性和價值。