高中生物學(xué)《遺傳與進化》前概念轉(zhuǎn)變調(diào)查研究

羅庚 賴聞玲 陳小珺 陳娟

【摘 要】對高中生物學(xué)《遺傳與進化》一次教學(xué)實施前后學(xué)生的前概念水平和概念轉(zhuǎn)變情況進行調(diào)查分析，總結(jié)出前概念正確率、教學(xué)轉(zhuǎn)變后正確率基本情況、前概念轉(zhuǎn)變情況。并提出三點建議：將新舊知識建立聯(lián)系，讓學(xué)生進行有意義學(xué)習(xí)；采用多種教學(xué)方法，促進學(xué)生理解概念原理；讓學(xué)生在運用概念的過程中鞏固概念。

【關(guān)鍵詞】高中生物學(xué) 《遺傳與進化》 前概念 概念轉(zhuǎn)變

【中圖分類號】G633.91? 【文獻標識碼】A? 【文章編號】1002-3275（2023）15-66-04

一、問題的提出

前科學(xué)概念又稱前概念，目前國內(nèi)認同的前概念是指學(xué)習(xí)者在接受正式的科學(xué)教育之前，在現(xiàn)實生活中通過長期的經(jīng)驗積累與辨別式學(xué)習(xí)而獲得的一些感性印象，積累的概括性和科學(xué)性的經(jīng)驗，包括科學(xué)、片面、不完整甚至完全錯誤的想法。在長期研究中發(fā)現(xiàn)，高中生關(guān)于生物學(xué)學(xué)科普遍具有不同的前概念，這些前概念在學(xué)習(xí)過程中會發(fā)生不同的變化，在教學(xué)中需要根據(jù)實際情況調(diào)整教學(xué)策略。摸清高中學(xué)生生物學(xué)前概念及其轉(zhuǎn)變的情況，積極探索前概念轉(zhuǎn)變策略，成為提高生物學(xué)概念教學(xué)效果的迫切需要，也是選考生物學(xué)的學(xué)生后期再提高的基礎(chǔ)。

本文以江西省贛州三中為例，采用問卷調(diào)查法對2019年人教版高中生物學(xué)教材必修二《遺傳與進化》中學(xué)生的前概念情況進行調(diào)查，并設(shè)計針對性的后測試卷，對部分前概念的一次轉(zhuǎn)變情況進行調(diào)查分析。

二、研究方法

（一）前測問卷與后測試卷設(shè)計

根據(jù)高一學(xué)生的實際情況，從《遺傳與進化》中篩選出16個重要概念進行前概念調(diào)查問卷的設(shè)計。問卷共16道題目，每題分為2部分，學(xué)生對某一題目做出選擇后，再對自己的選擇進行確定性評價，確定性評價分為肯定的、根據(jù)經(jīng)驗推測的、完全猜測的三個選項。再根據(jù)前測問卷編制后測試卷，由題目和選項組成。對于同一概念，有些后測題目和前測題目難度相當，有些后測題目相比前測題目情境更復(fù)雜、設(shè)問方式更靈活，前測處于識記和理解層面，后測則處于運用層面，前測問卷和后測試卷問題設(shè)計見表1。

（二）前測問卷的信度和效度分析

問卷編制完成，通過問卷星在網(wǎng)上發(fā)放調(diào)查問卷，共回收了85份問卷，利用SPSS 26.0進行信度和效度分析，結(jié)果如表2所示。

從表2可看出，問卷的Cronbach's Alpha系數(shù)大于0.9，說明問卷的內(nèi)部一致性非常高；問卷的KMO檢驗結(jié)果超過0.6，Bartlett球形檢驗結(jié)果達到顯著水平（P<0.05），說明問卷可以進行探索性因子分析。

（三）調(diào)查實施

2021年12月24日，調(diào)查人員在江西省贛州三中隨機抽取了4個班發(fā)放前測問卷，發(fā)出150份問卷，回收146份問卷，有效問卷為143份，問卷有效率為97.9%。2022年7月3日，調(diào)查人員在贛州三中原抽樣班級發(fā)放后測試卷，此時學(xué)生已經(jīng)完成《遺傳與進化》的學(xué)習(xí)，此次發(fā)出150份問卷，回收問卷140份，有效問卷125份，問卷有效率為89.3%。

（四）分析結(jié)果

在前概念的調(diào)查中，學(xué)生會出現(xiàn)猜測答案的情況，有時盡管答案是正確的，但并不代表學(xué)生已經(jīng)掌握相關(guān)概念。答案正確但是完全依靠猜測或者推測，這類情況屬于“缺乏知識”，只有答案正確且肯定的為正確前概念。用正確前概念比率代表前測的正確率和后測的正確率進行比較，分析概念的轉(zhuǎn)變情況。

三、結(jié)果和分析

（一）前概念正確率和教學(xué)轉(zhuǎn)變后正確率基本情況

《遺傳與進化》前概念和轉(zhuǎn)變基本情況如表3所示。16個概念的前概念正確率在7.34%到71.40%之間，其中，分離定律、減數(shù)分裂、同源染色體、相對性狀、性染色體這5個前概念的正確率較高，達到了60%以上。人類遺傳病、基因突變、物種、生殖隔離、種群、染色體變異、基因重組這7個前概念的正確率低于40%，而基因重組前概念的正確率只有7.34%。基因重組前概念正確率較低的原因可能如下：首先，掌握基因重組需要許多前期的概念（如分離定律、自由組合定律、基因突變）作為鋪墊，如果學(xué)生對這些相關(guān)概念的理解是錯誤的、片面的，那么就會阻礙學(xué)生對基因重組的理解；其次，基因重組遠離學(xué)生的生活，可能部分學(xué)生在新聞中聽過這個名詞，但是幾乎沒有了解過基因重組的內(nèi)涵和外延。

一次教學(xué)后進行后測顯示，概念的總體正確率高于前測，正確率在42.67%到76.00%之間，有11個概念的正確率超過了60%，只有基因重組的正確率低于50%。

（二）前概念轉(zhuǎn)變情況及教學(xué)建議

經(jīng)過一次教學(xué)后，不同的概念轉(zhuǎn)變情況有所差異，大致可以分為以下兩種情況：

1．錯誤思想難以有效轉(zhuǎn)變的概念

如果學(xué)生在學(xué)習(xí)某個概念之前已經(jīng)形成了錯誤的思想，那么很難通過一次教學(xué)得到轉(zhuǎn)變，這類概念的轉(zhuǎn)變情況又可以分為以下三種。

（1）一次教學(xué)后正確率下降幅度較大（見表3的A類型概念）。減數(shù)分裂和分離定律這2個概念的正確率在一次教學(xué)后下降了，究其原因，后測的題目對學(xué)生的要求不再停留在記憶層面，還要求學(xué)生能夠運用概念解決問題。這種情況又分為兩種類型，第一種類型是后測的題目相比前測難度有所增加，例如減數(shù)分裂在前測中考查體細胞和配子中染色體的數(shù)量，因為學(xué)生在初中已經(jīng)學(xué)過精子和卵細胞的特點，所以部分學(xué)生通過回憶配子的特點可以直接得出配子中染色體的數(shù)量，而后測進一步考查減數(shù)分裂后配子中基因的分配情況，只有掌握了減數(shù)分裂的過程才能判斷基因的分配情況，導(dǎo)致后測正確率有所下降。馬栓在《高中生“遺傳與進化”迷思概念的診斷及轉(zhuǎn)變的研究》中研究了高一和高三學(xué)生的相關(guān)生物學(xué)迷思概念（與本文的前概念大致相同）轉(zhuǎn)化情況，其中也包括減數(shù)分裂的概念。對比發(fā)現(xiàn)，高三學(xué)生經(jīng)過多輪復(fù)習(xí)所以對概念的掌握程度更好，在馬栓的研究中減數(shù)分裂的轉(zhuǎn)變率顯著高于本研究，這說明僅經(jīng)過一次教學(xué)學(xué)生仍很難理解減數(shù)分裂。［1］如果僅讓學(xué)生機械地記憶減數(shù)分裂的幾個時期，那么一段時間后知識的留存率很低，因此建議教師在講解減數(shù)分裂的過程中，引導(dǎo)學(xué)生思考染色體各種行為的原因以及各個時期排序的原因，并且和有絲分裂的過程進行對比，使學(xué)生的新舊經(jīng)驗產(chǎn)生聯(lián)系。通過這些教學(xué)活動，讓學(xué)生理解減數(shù)分裂過程的內(nèi)在邏輯，從而有效記憶減數(shù)分裂的過程。第二種類型是學(xué)生在前測中雖然選擇正確且肯定，但是實際上并沒有理解概念，一旦涉及計算就會思維混亂，這說明學(xué)生并沒有真正掌握概念。例如學(xué)生在初中已經(jīng)接觸過分離定律，前測只需要判斷出親本的基因型，而后測需要求出后代患病概率，一旦出現(xiàn)計算學(xué)生就會答錯，可見學(xué)生還不能熟練地運用分離定律概念分析實際問題。建議教師在具有針對性的練習(xí)中讓學(xué)生運用概念解決問題。

（2）一次教學(xué)后正確率變化不明顯（見表3的B類型概念）。相對性狀、同源染色體、受精作用這3個概念在前測和后測的正確率相差不大，說明這些前概念在學(xué)生的頭腦中已經(jīng)根深蒂固，很難發(fā)生轉(zhuǎn)變。學(xué)生在初中接觸過相對性狀，在高中相對性狀作為孟德爾兩大遺傳定律的重要術(shù)語。關(guān)于相對性狀的考查中，前測考查的是人能卷舌和不能卷舌，在后測中考查的是人的紅綠色盲和正常色覺。相對性狀判斷混亂這一情況表明學(xué)生并沒有掌握概念的本質(zhì)，因此建議教師多展示不同形式的例子，提煉概念的本質(zhì)。在前測中，學(xué)生只需要知道同源染色體是成對存在的，而后測要求學(xué)生了解同源染色體的來源，即一條來自父方，一條來自母方。通過訪談發(fā)現(xiàn)，一部分學(xué)生對同源存在誤解，認為同源指同一個親本，建議教師教學(xué)時解釋清楚同源的含義，及時消除學(xué)生可能存在的疑惑。在前測中，受精作用概念的考查內(nèi)容為受精作用后體細胞的染色體數(shù)目，后測則考查子代細胞遺傳物質(zhì)的組成情況，可見后測難度顯然提升，不僅要求學(xué)生知道受精作用中精子和卵細胞各提供一半的染色體，而且還要求學(xué)生了解遺傳物質(zhì)既存在于細胞核中，也存在于細胞質(zhì)中，且受精卵的細胞質(zhì)主要由卵細胞提供。馬栓也調(diào)查了同源染色體、受精作用的正確率，對比發(fā)現(xiàn)，在馬栓的研究中的高三學(xué)生對于同源染色體、受精作用的正確率提升不明顯，說明增加復(fù)習(xí)次數(shù)并不能有效提升這些概念的正確率［2］。陳珊珊在研究中發(fā)現(xiàn)受精作用是學(xué)生較難理解的內(nèi)容［3］，這與本研究的研究結(jié)論一致。通過訪談得知，一部分學(xué)生認為只有染色體上存在遺傳物質(zhì)，另一部分學(xué)生認為受精作用只是精卵細胞通過細胞膜的融合形成一個新細胞，精細胞的全部細胞質(zhì)都進入新細胞。建議教師在組織受精作用的模擬活動時，可以讓學(xué)生錯誤的前概念充分暴露出來，再對癥下藥強調(diào)重點。

（3）一次教學(xué)后正確率有所提高，但正確率仍然較低（見表3的D類型概念）?；蛑亟M、基因突變、種群、共同進化這4個概念經(jīng)過一次教學(xué)后正確率雖然有所提升，但是最終正確率仍低于60%，未達到合格的教學(xué)效果，說明這些概念本身比較抽象，理解起來有一定的難度。基因重組在前測與后測中均考查的是基因突變與基因重組的區(qū)分，這一概念的前概念正確率最低，只有7.34%，后測只是更換了問題情境，正確率仍然較低，可見學(xué)生并未掌握基因重組和基因突變的本質(zhì)區(qū)別。宋雪梅發(fā)現(xiàn)高三學(xué)生對基因重組理解的正確率較低，這說明進行多輪復(fù)習(xí)并不是使基因重組轉(zhuǎn)變率提高的有效方法。［4］相同的問題情境更有利于學(xué)生對比區(qū)分兩種變異，因此建議教師先設(shè)計一個貫穿基因突變和基因重組的問題情境，介紹這2種變異是如何發(fā)生的，再通過模型建構(gòu)的活動提高學(xué)生對微觀概念的感性認識，最后通過設(shè)計育種方案的活動鞏固概念。經(jīng)過一系列活動，在建構(gòu)概念的同時幫助學(xué)生區(qū)分這2種變異?；蛲蛔冊谇皽y和后測中考查的均是基因突變是否可以遺傳，教師可以先結(jié)合實例講解概念，再組織開展遺傳咨詢師角色扮演的活動，讓學(xué)生運用所學(xué)知識，加深印象。種群前測和后測均考查的是種群的定義，由于學(xué)生容易望文生義，經(jīng)常以為種群就是物種，或者忽略種群的社會屬性，認為種群只是聚集在一起的物種相同的生物。建議教師舉例對比幫助學(xué)生區(qū)分。共同進化前測考查的是動物之間競爭和捕食關(guān)系中的共同進化，后測考查的是人與病毒之間寄生關(guān)系中的共同進化，有些學(xué)生認為病毒毒性減弱、傳染性增強與人類免疫力增強不屬于共同進化，建議教師多展示不同的例子，避免學(xué)生思維僵化。

2．一次教學(xué)后轉(zhuǎn)變?yōu)檎_概念概率高的概念

容易轉(zhuǎn)變?yōu)檎_概念的相關(guān)概念及轉(zhuǎn)變情況見表3的C類型概念。隱性性狀、染色體變異、生殖隔離、人類遺傳病、物種這5個概念在一次教學(xué)后，正確率都能達到60%以上。究其原因，隱性性狀概念在初中首次出現(xiàn)，在高中主要作為分離定律和自由組合定律的重要術(shù)語被回顧，在分析遺傳問題時進一步得到了鞏固。教學(xué)前學(xué)生很難通過染色體變異和生殖隔離這兩個名詞推測出概念含義，但是大部分學(xué)生對相關(guān)的生物學(xué)現(xiàn)象并不陌生，教學(xué)后學(xué)生將這2個名詞和熟悉的生物學(xué)現(xiàn)象聯(lián)系起來，從而加深了對概念的理解。在學(xué)習(xí)概念前，學(xué)生容易混淆人類遺傳病和先天性疾病、物種和種群這兩對概念，經(jīng)過教師的舉例對比后大部分學(xué)生能順利區(qū)分。因此，對于這部分概念，建議教師采用豐富的生活實例幫助學(xué)生理解概念。

四、結(jié)論

在所調(diào)查的《遺傳與進化》的16個概念中，前概念正確率高于60%的概念有5個，低于40%的概念有7個，一次教學(xué)后概念的正確率總體高于教學(xué)前的正確率。其中，容易轉(zhuǎn)變的概念有5個，難以轉(zhuǎn)變的概念有9個。針對不同概念的轉(zhuǎn)變情況，教師需要采用不同的策略進行教學(xué)，對于一次教學(xué)后容易轉(zhuǎn)變的概念，教師應(yīng)將概念與學(xué)生熟悉的生物學(xué)現(xiàn)象結(jié)合起來，使新舊知識建立聯(lián)系，讓學(xué)生進行有意義的學(xué)習(xí)。對于一次教學(xué)后難以轉(zhuǎn)變的概念，一方面教師需要用類比、舉例和直觀教具等方法解釋概念的原理，另一方面教師應(yīng)該讓學(xué)生運用科學(xué)概念解決問題，通過輸出知識來鞏固科學(xué)概念。在分析學(xué)生前概念轉(zhuǎn)變情況的基礎(chǔ)上調(diào)整教學(xué)策略，能更有效地提高課堂效率。

【參考文獻】

［1］馬栓．高中生“遺傳與進化”迷思概念的診斷及轉(zhuǎn)變的研究［D］．西安：陜西師范大學(xué)，2018：40．

［2］同［1］．

［3］陳珊珊．高中生物學(xué)“遺傳”版塊迷思概念探查及其轉(zhuǎn)變研究［D］．成都：四川師范大學(xué)，2021：42．

［4］宋雪梅．高中生生物學(xué)繼發(fā)性前概念的調(diào)查與轉(zhuǎn)變研究：以“基因突變及其他變異”為例［D］．蘭州：西北師范大學(xué)，2022：25．