高中生物學(xué)前科學(xué)概念的轉(zhuǎn)變策略分析

杜紫怡 王琦 胡選萍 彭建德

摘 ? 要：通過對概念轉(zhuǎn)變的必要性和前科學(xué)概念的特點進行分析，結(jié)合具體實例提出概念轉(zhuǎn)變的五種策略，即創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境，轉(zhuǎn)變生活經(jīng)驗型前科學(xué)概念；巧設(shè)疑難問題，扭轉(zhuǎn)望文生義型前科學(xué)概念；運用對比歸納，破除類化概念型前科學(xué)概念；構(gòu)建概念圖式，消除顧此失彼型前科學(xué)概念；組織實驗探究，消滅逆向遷移型前科學(xué)概念。

關(guān)鍵詞：高中生物學(xué)；前科學(xué)概念；轉(zhuǎn)變策略

《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017版2020年修訂）》中提出“內(nèi)容聚焦大概念”的課程理念、“以生物學(xué)大概念、重要概念等主要知識為依托”的評價建議均明確指出概念是學(xué)生領(lǐng)會生物學(xué)現(xiàn)象及其本質(zhì)特征的根基，是發(fā)展生物學(xué)核心素養(yǎng)的基礎(chǔ)和核心[ 1 ]。但學(xué)習(xí)者在進入課堂學(xué)習(xí)前、課堂學(xué)習(xí)中或?qū)W習(xí)后，由于生活經(jīng)驗、認(rèn)知淺薄、理解混亂、遺忘或負(fù)遷移等原因形成的前科學(xué)概念在頭腦中的認(rèn)知已根深蒂固，只有教師提供一定的矛盾刺激條件才能使學(xué)生重新思考對概念的理解，扭轉(zhuǎn)錯誤認(rèn)知[ 2 ]。鑒于此，筆者結(jié)合具體的實例，針對不同原因造成的前科學(xué)概念，運用合適的策略啟發(fā)學(xué)生深刻理解生物學(xué)概念，為轉(zhuǎn)變前科學(xué)概念、形成生物學(xué)核心素養(yǎng)夯實基礎(chǔ)。

1 ?前科學(xué)概念研究的必要性分析

1.1 ?生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)的要求

隨著教育部對課程標(biāo)準(zhǔn)的不斷細化和更新，生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)對學(xué)生的學(xué)業(yè)提出了新的要求。其中，“內(nèi)容聚焦大概念”這一課程理念要求學(xué)生以概念為核心展開對相關(guān)內(nèi)容的學(xué)習(xí)，力求“少而精”，通過深刻領(lǐng)悟和應(yīng)用生物學(xué)核心概念，促進學(xué)生生命觀念核心素養(yǎng)的形成。課程標(biāo)準(zhǔn)中提出了“以生物學(xué)大概念、重要概念等主要知識為依托”這一建議，再次強調(diào)概念的重要性。但是在學(xué)生接受知識信息時會有很多的影響因素，使學(xué)生無意識的將一些不正確的觀念或解釋納入原有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)中形成前科學(xué)概念，但是這種錯誤的理解會影響學(xué)生理解其他內(nèi)容，使學(xué)習(xí)效果大打折扣，影響生物學(xué)核心素養(yǎng)的形成。

1.2 ?生物學(xué)概念的獨特性

生物學(xué)概念不僅數(shù)量繁多、零散、跨學(xué)科，學(xué)生不容易形成體系，而且大部分的前科學(xué)概念源于日常生活、知識的相互影響，且反反復(fù)復(fù)的出現(xiàn)。課程標(biāo)準(zhǔn)中將概念劃分為了大概念、重要概念和基本概念三大類，其中基本概念是最核心、最基礎(chǔ)的，是理解重要概念的基礎(chǔ)，大概念是對下位概念的統(tǒng)領(lǐng)和概括。學(xué)生在學(xué)習(xí)新的內(nèi)容時要以概念圖等形式總結(jié)概念與概念之間的聯(lián)系，將零散的概念成體系地構(gòu)建出來，這樣可以減少由于概念混亂或知識的負(fù)遷移而出現(xiàn)與科學(xué)理論相悖的解釋。另外，生物學(xué)是一個跨學(xué)科的知識體系，例如“物質(zhì)與能量觀”，如果學(xué)生對“能量”理解的不透徹，可能就會形成前科學(xué)概念。

2 ?前科學(xué)概念的特點

2.1 ?日常性

學(xué)生在正式進入課堂學(xué)習(xí)前形成的原發(fā)性前科學(xué)概念大多都是從日常經(jīng)驗中獲得的。例如：在學(xué)習(xí)反射之前，學(xué)生會認(rèn)為人眨眼睛是條件反射；在學(xué)習(xí)光合作用前，學(xué)生會認(rèn)為只有綠色的葉片可以進行光合作用；在學(xué)習(xí)微生物前，學(xué)生會認(rèn)為所有的細菌都是有害的。

2.2 ?頑固性

學(xué)生在課堂學(xué)習(xí)之后形成的繼發(fā)性前科學(xué)概念在教師有意識引導(dǎo)下已經(jīng)發(fā)生扭轉(zhuǎn)，但是隨著知識的累積在后續(xù)的強化學(xué)習(xí)中又反反復(fù)復(fù)地出現(xiàn)。例如：學(xué)生在學(xué)習(xí)細胞核之后認(rèn)為真核細胞只有一個細胞核，且細胞核只允許大分子物質(zhì)進出。

2.3 ?多樣性

學(xué)生的知識和能力水平以及生活經(jīng)驗的不同決定了概念理解的程度，同一個概念中會出現(xiàn)各種各樣的前科學(xué)概念。例如：學(xué)生對減數(shù)分裂范圍和圖像的理解錯誤，有的學(xué)生認(rèn)為生殖細胞只能進行減數(shù)分裂，有的學(xué)生認(rèn)為減數(shù)第二次分裂與有絲分裂過程圖完全相同。

2.4 ?負(fù)遷移性

先前學(xué)過的知識對后續(xù)理解新的知識產(chǎn)生消極影響而形成的前科學(xué)概念。例如，學(xué)生認(rèn)為原核生物沒有葉綠體，不能進行光合作用。將葉綠體作為進行光合作用的必要條件，就會產(chǎn)生知識的負(fù)遷移。學(xué)生應(yīng)該明確是葉綠體中的光合色素吸收光能，因此，含有光合色素葉綠素就可以進行光合作用，如藍藻。

3 ?概念轉(zhuǎn)變的策略分析

3.1 ?創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境，轉(zhuǎn)變生活經(jīng)驗型前科學(xué)概念

在日常生活中，由習(xí)慣和經(jīng)驗形成的與科學(xué)本質(zhì)不符的認(rèn)知稱為“生活經(jīng)驗型”前科學(xué)概念。通過創(chuàng)設(shè)情境既可以引發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突，促進概念的順應(yīng)，又可以拉進學(xué)生與學(xué)習(xí)內(nèi)容的距離，激發(fā)探索興趣，促使“生活經(jīng)驗型”前科學(xué)概念的有效轉(zhuǎn)變。

以必修一中“光合作用”的概念為例，學(xué)生在學(xué)習(xí)前已經(jīng)形成了“只有綠色植物的葉片可以進行光合作用”的前科學(xué)概念。對此，教師在講解時創(chuàng)設(shè)實物情境：以生活中常見的盆栽綠蘿和仙人掌為例展示，指導(dǎo)學(xué)生從外觀上觀察這兩種形態(tài)不一的植物，以視覺沖擊引起學(xué)生的有意注意，調(diào)動學(xué)生的主觀能動性。在觀察的同時學(xué)生會有意識的提出困惑：綠蘿和大部分植物一樣都具有根、莖、葉，但是仙人掌為什么沒有葉片？仙人掌進行光合作用的器官是什么？通過自設(shè)疑問發(fā)覺認(rèn)知誤區(qū)，主動探索概念的本質(zhì)。然后，提示學(xué)生從植物的器官是否含有進行光合作用的細胞器分析問題，引導(dǎo)學(xué)生得出綠色植物能進行光合作用的真正原因。最后，以藍細菌具有葉綠素這一特征強化學(xué)生對光合作用概念的認(rèn)識，得出“并非只有綠色植物的葉片可以進行光合作用”的科學(xué)概念。

3.2 ?巧設(shè)疑難問題，扭轉(zhuǎn)望文生義型前科學(xué)概念

未深入解析生命現(xiàn)象的本質(zhì)，只是根據(jù)概念的字面意思理解，并對概念做出牽強的解釋稱為“望文生義型”前科學(xué)概念。教師以問題為導(dǎo)向，依據(jù)學(xué)習(xí)目標(biāo)精心設(shè)計一連串的問題，引導(dǎo)學(xué)生剖析概念的深層含義，扭轉(zhuǎn)“望文生義型”前科學(xué)概念。

以選擇性必修一中“細胞外液”和“細胞內(nèi)液”這兩個概念為例，解讀概念的字面意思，學(xué)生容易形成“細胞外液是外界液態(tài)環(huán)境，內(nèi)環(huán)境是細胞內(nèi)液”的前科學(xué)概念。首先，針對“細胞外液”設(shè)置一系列的問題：問題1，個體與細胞的關(guān)系是怎樣的？引導(dǎo)學(xué)生以必修一學(xué)習(xí)過的生命系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)層次為出發(fā)點進行思考，與已有的知識建立聯(lián)系。問題2，回憶必修一學(xué)過的細胞的衰老和個體的衰老是否一樣并舉例說明？以問題類比的方式，進一步思考細胞與個體的聯(lián)系，引出細胞生活的環(huán)境與個體生活環(huán)境的區(qū)別。問題3：細胞的外界和個體的外界是否相同？學(xué)生歸納總結(jié)，發(fā)現(xiàn)理解誤區(qū)，重新審視對概念的錯誤解釋。教師緊接著提出問題4：將生活在血漿中的血細胞、組織液中的細胞或淋巴液中的淋巴細胞拿到體外，不提供特殊的環(huán)境時，細胞能否正常生存？聯(lián)系實際，發(fā)現(xiàn)這些細胞直接放到外界環(huán)境中則無法生存，由此暴露出學(xué)生對細胞外液的狹義理解。學(xué)生提出“細胞在體內(nèi)可以正常生活，在體外無法正常生活”的解釋，進而得出“細胞外液并非外界環(huán)境，而是細胞直接生活的液體環(huán)境”的結(jié)論，扭轉(zhuǎn)對“細胞外液”的曲解。然后，針對細胞內(nèi)液提出問題：組成細胞外液的各個成分之間有什么內(nèi)在聯(lián)系？引導(dǎo)學(xué)生從整體觀的角度思考內(nèi)環(huán)境的含義。教師解釋說明內(nèi)環(huán)境的內(nèi)并非細胞內(nèi)部，而是指細胞外液構(gòu)成的液體環(huán)境。利用問題串，揭開科學(xué)概念的真實面貌。

3.3 ?運用對比分析，破除類化概念型前科學(xué)概念

名稱相近、含義相似或?qū)傩韵嚓P(guān)的概念之間相互干擾而形成的與原有含義不相符的觀念稱為“類化概念型”前科學(xué)概念[ 3 ]。針對相近的概念，運用對比歸納的方法，總結(jié)歸納概念和概念之間的不同之處，不僅可以幫助學(xué)生厘清概念的區(qū)別，而且可以發(fā)展科學(xué)思維能力。

以必修二中“基因重組”和“染色體易位”這兩個含義相近的概念為例，僅僅是對兩個概念的含義進行解釋，學(xué)生容易形成“染色體易位和基因重組都是部分染色體發(fā)生交換形成的突變”的前科學(xué)概念。首先，提供貓毛色變異和果蠅花斑眼的示意圖，學(xué)生首先會想到為什么會出現(xiàn)這樣的現(xiàn)象？教師引導(dǎo)學(xué)生將案例與概念相聯(lián)系，從兩種變異產(chǎn)生的結(jié)果進行分辨。以實例引起疑惑，激起學(xué)生探索兩種變異區(qū)別的好奇心。接著展示上述實例的微觀示意圖，提示學(xué)生這兩種現(xiàn)象能否用光學(xué)顯微鏡觀察，并讓學(xué)生從染色體與基因兩個微觀的角度分析兩種變異的區(qū)別。然后，引導(dǎo)學(xué)生聯(lián)系“減數(shù)分裂”的內(nèi)容，從發(fā)生時間的差異上進行概念辨別。最后，列舉我國培育金魚的例子及人類染色體易位的例子，引導(dǎo)學(xué)生從變異帶來的影響分析兩個相似概念的差異。在進行概念轉(zhuǎn)變的過程中，不斷地以兩者的差異刺激學(xué)生的思維認(rèn)知，以對比分析、歸納總結(jié)的思維方式促進學(xué)生對概念的重新建構(gòu)，轉(zhuǎn)變學(xué)生的錯誤理解，扭轉(zhuǎn)“類化概念型”前科學(xué)概念。

3.4 ?構(gòu)建概念圖式，消除顧此失彼型前科學(xué)概念

教學(xué)中反復(fù)強化重點內(nèi)容，旁支內(nèi)容隨著知識的積累被遺忘而形成的內(nèi)容缺失稱為“顧此失彼型”前科學(xué)概念。這與學(xué)生的概念體系缺乏系統(tǒng)性有關(guān)[ 4 ]。以概念圖作為支架轉(zhuǎn)變學(xué)生這類前科學(xué)概念，不僅可以使學(xué)生的概念體系邏輯化、系統(tǒng)化，而且概念圖將學(xué)生的思維可視化，有利于教師從概念圖中獲得反饋信息，更好地組織教學(xué)。

以必修一“脂質(zhì)的元素組成”為例，在學(xué)習(xí)糖類、脂質(zhì)、蛋白質(zhì)和核酸時均涉及到了元素組成，但往往將蛋白質(zhì)和核酸作為重點內(nèi)容，長此以往學(xué)生可能會形成“既然細胞中的糖類和脂質(zhì)可以發(fā)生轉(zhuǎn)化，說明兩者的化學(xué)組成均為C、H、O”的前科學(xué)概念。首先，教師編制四階測驗題診斷前科學(xué)概念，預(yù)測學(xué)生的目標(biāo)技能起點能力。其次，復(fù)習(xí)舊知，產(chǎn)生矛盾。教師引導(dǎo)學(xué)生回憶糖類、核酸、蛋白質(zhì)和脂質(zhì)的元素組成，再次暴露出學(xué)生對脂質(zhì)的理解存在問題。針對這一問題，教師引導(dǎo)學(xué)生說出脂質(zhì)的種類包括：脂肪、磷脂和固醇。學(xué)生意識到脂質(zhì)不同，其元素組成也會有差異，由此引發(fā)學(xué)生的認(rèn)知矛盾，激發(fā)學(xué)生探索的好奇心。然后，小組討論，找出與脂質(zhì)相關(guān)的概念。將概念按照包含性大小排列，如一級概念為脂質(zhì)，二級概念是脂質(zhì)的種類，三級概念是不同脂質(zhì)對應(yīng)的元素組成。最后，通過連接詞將不同層級概念聯(lián)系起來，形成脂質(zhì)概念圖。學(xué)生在自主建構(gòu)概念圖的過程中創(chuàng)造性思維得到發(fā)展，對重點內(nèi)容和旁系內(nèi)容的記憶均會更加深刻，減少內(nèi)容的記憶缺失，消除“顧此失彼型”的前科學(xué)概念。

3.5 ?組織實驗探究，消滅逆向遷移型前科學(xué)概念

已有知識與新知識之間、本學(xué)科與跨學(xué)科之間可能會發(fā)生消極影響而產(chǎn)生知識的逆向遷移形成的錯誤理解稱為“逆向遷移型”前科學(xué)概念。在教學(xué)過程中利用實驗法可以幫助學(xué)生驗證認(rèn)知的準(zhǔn)確性，消滅前科學(xué)概念，使學(xué)生認(rèn)同實踐是檢驗真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)，提高學(xué)生的實踐能力。

以必修一“細胞呼吸的方式”為例，在第二章已經(jīng)學(xué)習(xí)了線粒體是進行光合作用的主要場所，由于知識的逆向遷移學(xué)生會形成“原核生物沒有線粒體就不能進行有氧呼吸，只能進行無氧呼吸”的前科學(xué)概念。這主要是學(xué)生沒有掌握細胞呼吸的本質(zhì)造成的。首先，回顧舊知：線粒體的結(jié)構(gòu)和功能。強化學(xué)生已有的知識體系，保證學(xué)生的錯誤理解不是由于遺忘造成的。其次，播放“探究酵母菌細胞呼吸的方式”實驗視頻，總結(jié)真核生物進行細胞呼吸的過程，學(xué)生根據(jù)實驗視頻在小組內(nèi)討論問題：細胞呼吸的場所及能夠?qū)⑵咸烟菑氐籽趸纸獾氖鞘裁?？如果沒有這些物質(zhì)能不能發(fā)生呼吸作用？分析學(xué)生的答案可以暴露出前科學(xué)概念，教師再引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)呼吸作用發(fā)生的必要條件是線粒體內(nèi)膜和基質(zhì)中多種呼吸酶的存在，轉(zhuǎn)變學(xué)生的錯誤認(rèn)識。然后，小組合作討論并設(shè)計以原核生物作為實驗對象，探究原核生物能否進行有氧呼吸的實驗方案。通過自主設(shè)計方案，驗證上一步得出的結(jié)論，提高學(xué)生的實踐能力，為概念轉(zhuǎn)變做準(zhǔn)備。最后，播放“探究大腸桿菌細胞呼吸方式”的實驗視頻，利用真實的實驗情境驗證原核生物大腸桿菌在沒有線粒體的情況下也可以進行有氧和無氧呼吸的主要原因是因為含有呼吸酶系統(tǒng)，鞏固獲得的正確結(jié)論，消滅“逆向遷移型”前科學(xué)概念。

4 ?小結(jié)

前科學(xué)概念是教師教學(xué)的重要資源，是個體在認(rèn)識事物的過程中難以避免的認(rèn)知結(jié)果[ 5 ]。正確的前科學(xué)概念有利于教師開展教學(xué)內(nèi)容，但是錯誤的前科學(xué)概念是教學(xué)的阻力，因此，教師在教學(xué)過程中要重視學(xué)生的錯誤理解。教師在概念轉(zhuǎn)變過程中要注意任何一種前科學(xué)概念的形成都不是單一因素作用的結(jié)果，對于不同類型的前科學(xué)概念的轉(zhuǎn)變也不只有一種策略，選擇恰當(dāng)?shù)牟呗越M合教學(xué)才能有效轉(zhuǎn)變學(xué)生的錯誤觀念，形成科學(xué)概念。

參考文獻：

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［2］ 李高峰，劉恩山.“前科學(xué)概念”的術(shù)語和定義的綜述[J].寧波大學(xué)學(xué)報（教育科學(xué)版），2006（6）：43-45.

［3］ 李高峰，唐艷婷.科學(xué)概念教學(xué)五要素[J].生物學(xué)教學(xué)，2010，35（2）：9-11.

［4］ 廖龍強.高中生物學(xué)教學(xué)中前科學(xué)概念的轉(zhuǎn)化研究[J].中學(xué)生物教學(xué)，2019（18）：19-20.

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