基于培育生物學(xué)核心素養(yǎng)的大概念教學(xué)策略
——以“物質(zhì)和能量轉(zhuǎn)換”為例

禤志冰，王開華，李永民*，鄭濤,李東偉

（1.阜陽師范大學(xué)生物與食品工程學(xué)院，安徽阜陽 236037；2.安徽省阜陽市第二中學(xué)，安徽阜陽 236021；3.山東省淄博第一中學(xué)，山東淄博 255199）

《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020修訂）》（以下簡稱為《課標(biāo)（2017版）》）[1]的基本理念以核心素養(yǎng)為宗旨，教學(xué)內(nèi)容聚焦大概念。具體來說，一方面，《課標(biāo)（2017版）》倡導(dǎo)培育學(xué)生核心素養(yǎng)，強調(diào)發(fā)展學(xué)生的能力以適應(yīng)社會發(fā)展和個人生活的需要，充分體現(xiàn)了本課程的學(xué)科特點和育人價值，這是高中生物學(xué)課程設(shè)計的基本宗旨和課程實施的基本要求。另一方面，《課標(biāo)（2017版）》還提出內(nèi)容聚焦大概念，強調(diào)高中生物學(xué)課程的設(shè)計和實施追求“少而精”原則、重點明確、符合學(xué)生的認(rèn)知特點?；谏飳W(xué)大概念開展教學(xué)，有助于增強學(xué)生對大概念學(xué)習(xí)的邏輯性和主動性，建構(gòu)完整的課程知識體系，最終生成生物學(xué)核心素養(yǎng)。

我們通過實地調(diào)查阜陽市多所高中，從一線生物學(xué)教師在課堂中利用“大概念”這個工具來教學(xué)的實際現(xiàn)狀來看，發(fā)現(xiàn)在實際推行過程中缺乏具體有效的教學(xué)策略，從而導(dǎo)致大概念教學(xué)工作無從下手。因此，本文將在梳理教材的基礎(chǔ)上，從教師和學(xué)生兩方面，從大概念的三個層次出發(fā)設(shè)計有效的教學(xué)策略。

一、生物學(xué)學(xué)科“大概念”和“大概念教學(xué)”的科學(xué)內(nèi)涵

生物學(xué)概念具有系統(tǒng)性，從知識結(jié)構(gòu)體系的角度來看，可以將概念分為次級概念、重要概念和大概念[2]。大概念是組成學(xué)科核心素養(yǎng)的抽象知識，跨越了時間的界限，不受課時約束，甚至跨越了單元和學(xué)科的界限，從新的高度來進行教學(xué)設(shè)計，是開展大概念教學(xué)的主要形式[3]。

在大量的表觀事實的基礎(chǔ)上，逐步統(tǒng)籌出次級概念，最終形成重要概念和大概念。在這個過程中建構(gòu)零散的事實性知識之間的有意義聯(lián)系，整理知識體系，培養(yǎng)生命觀念，生命觀念的形成最終指向培養(yǎng)學(xué)生的社會責(zé)任和義務(wù)。統(tǒng)籌事實性知識的過程中，通過各種實踐訓(xùn)練和邏輯訓(xùn)練，學(xué)生逐步養(yǎng)成科學(xué)思維能力和生成科學(xué)探究能力。在利用“大概念”這個工具提煉問題、分析問題、解決問題的過程中，學(xué)生逐步形成生命觀念、發(fā)展社會責(zé)任，運用科學(xué)思維思考，掌握科學(xué)探究的要領(lǐng)，最終成長為心智健全、能適應(yīng)社會發(fā)展的社會人。

大概念教學(xué)是生物學(xué)教學(xué)中的基礎(chǔ)內(nèi)容，而以大概念為框架，聚焦課程內(nèi)容也是落實課程標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。由于每個生物教師的閱歷、知識容量等不盡相同，會對大概念教學(xué)產(chǎn)生不一樣的理解，不同的理解又會對課堂教學(xué)的要求方式和結(jié)果產(chǎn)生影響。因此梳理具有操作性的基于培育生物學(xué)核心素養(yǎng)的大概念教學(xué)策略，對于一線生物教師推廣大概念教學(xué)和落實高中生物學(xué)新課程標(biāo)準(zhǔn)都有著重要的借鑒意義。

二、基于“聚焦次級概念和重要概念”的教學(xué)策略

（一）教師活動

1.概念的引入：創(chuàng)設(shè)問題情境，挖掘?qū)W生的前概念

圖1 基于“聚焦次級概念和重要概念”的教學(xué)流程設(shè)計圖示

一般來說，學(xué)生在日常生活和學(xué)習(xí)中形成的前概念具有隱秘性，一般難以發(fā)現(xiàn)，這就要求教師在上課的時候通過創(chuàng)設(shè)問題情景，了解學(xué)生的前概念。當(dāng)然，教師也應(yīng)當(dāng)充分備課，不僅要“備課程內(nèi)容”，還要通過課堂觀察、學(xué)生訪談等形式，確定學(xué)生可能具備的前科學(xué)概念及其形成原因，并進一步思考如何讓學(xué)生摒棄前概念，為促進學(xué)生的概念轉(zhuǎn)變做好準(zhǔn)備。

例如，在進行模塊1“分子與細(xì)胞”中有關(guān)光合作用的新授課時，由于學(xué)生受到日常生活的影響、對詞語的錯誤解讀、思維定式等原因，學(xué)生在光合作用相關(guān)定義、具體過程等問題上存在著豐富的前概念。因此，在上課伊始，教師調(diào)查學(xué)生的前概念，如提問查明學(xué)生對光合作用和呼吸作用的了解程度，測試學(xué)生對初中相關(guān)知識的掌握情況，并據(jù)此采取針對性的轉(zhuǎn)化措施。

2.概念的形成：結(jié)合新舊知識，引發(fā)認(rèn)知沖突

在生物學(xué)課堂教學(xué)中，如果能錨定學(xué)生已有的前概念，提出一些出乎意料、吸引學(xué)生興趣的問題，往往可以激發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突，營造良好的課堂氛圍。

例如，在進行模塊1“分子與細(xì)胞”中有關(guān)“降低化學(xué)反應(yīng)活化能的酶”的新授課時，學(xué)生對酶本質(zhì)的前概念存在認(rèn)知偏差，認(rèn)為“酶是一種有機物，且所有酶都是蛋白質(zhì)”。在開展教學(xué)時，如何突破學(xué)生的知識誤區(qū)呢？教師首先展示發(fā)酵的葡萄酒圖片，提問：我們都知道，葡萄汁中的酵母菌生長繁殖，逐步將葡萄汁中的糖分轉(zhuǎn)化為酒精。在巴斯德之前，人們只是觀察到了表觀現(xiàn)象，也就是葡萄汁通過發(fā)酵變成了葡萄酒，普遍認(rèn)為發(fā)酵是一種什么反應(yīng)？（學(xué)生閱讀課本，可知當(dāng)時的人們普遍認(rèn)為發(fā)酵是一個純化學(xué)的過程）可是這種說法是不是完美無缺呢？進一步引發(fā)學(xué)生思考，引導(dǎo)學(xué)生閱讀課本，總結(jié)實驗過程，教師繼續(xù)提問：這時候畢希納已經(jīng)開始猜測酶是蛋白質(zhì)了，但是應(yīng)該如何證實呢？學(xué)生總結(jié)薩姆納和若干科學(xué)家的實驗，發(fā)現(xiàn)脲酶、胃蛋白酶、胰蛋白質(zhì)酶等都是蛋白酶，據(jù)此錯誤推導(dǎo)酶都是蛋白質(zhì)。這時學(xué)生已經(jīng)初步確立了真理的發(fā)現(xiàn)需要科學(xué)家鍥而不舍地努力，也需要我們有質(zhì)疑的勇氣，一步步繼承發(fā)展前人結(jié)論的情感態(tài)度。教師適時播放科學(xué)家發(fā)現(xiàn)少數(shù)RNA也具有生物催化的功能的相關(guān)視頻，讓學(xué)生建立對酶本質(zhì)的正確認(rèn)識。最后，通過對酶本質(zhì)的探索，學(xué)生自主建構(gòu)出科學(xué)概念。

3.概念的鞏固：設(shè)置具體情境，運用新概念解決新問題

學(xué)生的前科學(xué)概念根深蒂固，導(dǎo)致學(xué)生新建構(gòu)起來的科學(xué)概念不夠牢固，因此需要教師設(shè)置具體問題情境，引導(dǎo)學(xué)生運用新概念解決新的問題，達到舉一反三的效果，從而鞏固新概念。一方面，教師可以針對科學(xué)概念的相關(guān)內(nèi)涵和外延來提問，創(chuàng)設(shè)條件讓學(xué)生檢查自己對概念的理解是否有偏差。另一方面，教師也可以創(chuàng)設(shè)具體的真實情景，組織學(xué)生參加課題研究等，運用新建構(gòu)的大概念來解決遇到的問題，體驗大概念的科學(xué)性和實踐性，從而加深認(rèn)識，拓展認(rèn)知結(jié)構(gòu)。

例如，學(xué)生在自主建構(gòu)出科學(xué)概念后，教師及時聯(lián)系之前的知識提問，鞏固學(xué)生理解，引導(dǎo)思路如圖2所示。

圖2 引導(dǎo)思路圖

圖3 基于“聚焦大概念”的教學(xué)設(shè)計流程圖示

另一方面，教師可以開展班級小品等活動，引導(dǎo)學(xué)生扮演熟知的科學(xué)家，用小品或者游戲等形式重現(xiàn)酶本質(zhì)探索中的科學(xué)發(fā)展過程，讓學(xué)生在小品等活動中切實體會到科學(xué)家的質(zhì)疑精神和勇于打破桎梏的創(chuàng)新精神，對酶本質(zhì)有更深層次的認(rèn)識。在活動過程中，教師可以給學(xué)生設(shè)置一些問題和提供一些參考資料讓學(xué)生去思考，如提問：科學(xué)家如何打破根深蒂固的觀念，繼而發(fā)現(xiàn)少數(shù)RNA也具有生物催化的功能？另外，也可以直接提問有關(guān)酶本質(zhì)的相關(guān)問題，讓學(xué)生通過小組競猜的方式增進理解。

4.概念的深化：創(chuàng)造恰當(dāng)條件，比較新舊概念理解差異

提供條件引導(dǎo)學(xué)生追蹤到想法的改變歷程，通過反思將前科學(xué)概念轉(zhuǎn)變?yōu)榭茖W(xué)概念的學(xué)習(xí)過程，嘗試運用批判性的思維來找出不恰當(dāng)?shù)牡胤剑涣硗?，通過對比、歸納、分析等方式比較新舊概念，體會共性和差異性，深入概念的本質(zhì)，從而達到真正的理解和消化。

例如，教師在講完光合作用的過程后，及時歸納和鞏固。繪制表格對比光合作用的兩個過程與呼吸作用的三個過程的區(qū)別，找出共同點和區(qū)別，進一步回憶建構(gòu)大概念的學(xué)習(xí)歷程，從而真正達到對概念的消化和吸收。

（二）學(xué)生活動

1.概念的引入：認(rèn)識基礎(chǔ)事實，初步形成感性認(rèn)識

學(xué)生在生活中參與實踐活動，直觀看到、觸摸各種事物，對其形成初步的感性認(rèn)識，可以對頭腦中原有知識進行簡單推理，但是仍沒有形成系統(tǒng)邏輯的理性認(rèn)識。因此，在概念引入時，教師要充分利用學(xué)生的表層認(rèn)識，從而拉近生物學(xué)知識與學(xué)生生活經(jīng)驗的聯(lián)系，增強知識的實用性。

例如，在學(xué)習(xí)“光合作用與能量轉(zhuǎn)化”之前，學(xué)生有過種植綠色植物的生活經(jīng)驗，知道綠色植物可以凈化空氣。在學(xué)習(xí)無氧呼吸時，學(xué)生有過養(yǎng)花的生活經(jīng)驗，發(fā)現(xiàn)花盆里的土壤結(jié)塊后，空氣不足，會影響根系的生長，需要及時松土透氣；也有的同學(xué)發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)小創(chuàng)傷時，需要選用透氣的創(chuàng)可貼，避免傷口發(fā)炎。這些生活經(jīng)驗可以幫助學(xué)生形成豐富的表層認(rèn)識，為發(fā)展理性認(rèn)識做好準(zhǔn)備。

2.概念的形成：產(chǎn)生認(rèn)知沖突，將感性認(rèn)識上升到理性認(rèn)識

學(xué)生對于教師拋出的疑問會有強烈的求知欲，當(dāng)固有的知識無法解答疑惑時，學(xué)生便有繼續(xù)探尋真理的欲望。學(xué)生可以從構(gòu)成概念的事實材料的學(xué)習(xí)中獲得觀察力，從概念的感性認(rèn)識上升到理性認(rèn)識的過程中獲得靈活應(yīng)用知識的能力。

3.概念的鞏固：置身于具體情境，運用新概念解決新問題

學(xué)生的個體發(fā)展包含學(xué)生逐漸融入社會，成為社會人的過程。在學(xué)校生活中，學(xué)生要發(fā)展各種能力，為今后步入社會，成為健全的社會人做好充分的準(zhǔn)備。因此，在教學(xué)中，教師可以嘗試設(shè)置某些具體的情景，培養(yǎng)學(xué)生適應(yīng)社會發(fā)展的關(guān)鍵能力和素養(yǎng)，引導(dǎo)學(xué)生嘗試使用“大概念”這個工具來解決新的問題。

4.概念的深化：運用元認(rèn)知策略，監(jiān)控概念的認(rèn)知過程

元認(rèn)知策略被稱為“思考的思考”，是對認(rèn)知進行的認(rèn)知[4]。學(xué)生可以巧妙運用元認(rèn)知策略，監(jiān)控概念的認(rèn)知過程，指導(dǎo)學(xué)生運用科學(xué)思維能力和理性批判能力，及時調(diào)整對于概念的理解偏差。

三、基于“聚焦大概念”的教學(xué)策略

（一）教師活動

1.列舉概念，明確概念的具體定義

概念并不是一成不變的，我們應(yīng)該遵循馬克思主義的認(rèn)識規(guī)律，意識到概念是具有發(fā)展性的，隨著我們的認(rèn)知能力的提升、掌握的事實材料逐漸豐富和理論知識的不斷發(fā)展而呈現(xiàn)出螺旋發(fā)展的態(tài)勢。概念的發(fā)展性反映了人類認(rèn)知客觀事物的一般規(guī)律，因此，教師在大概念教學(xué)中，既要從大處著眼——找到概念的本質(zhì)，挖掘出概念間的區(qū)別和聯(lián)系，統(tǒng)籌“大概念”；也要從小處入手——遵循概念的發(fā)展性規(guī)律，明確每個具體概念在當(dāng)今時代的具體定義。因此，在每一節(jié)新授課中，教師都應(yīng)該確保學(xué)生能明確概念的具體定義。

首先，教師應(yīng)當(dāng)明確定義的來源。定義來源于已經(jīng)掌握的事實材料，而不是主觀憑空產(chǎn)生。在事實材料的基礎(chǔ)上，經(jīng)過比較、概括等方式，繼而對可以察覺到的客觀事實達到一個無限接近本質(zhì)和真理的認(rèn)識。

其次，教師應(yīng)當(dāng)明確定義的內(nèi)涵和外延。教師應(yīng)當(dāng)注意收集學(xué)生對概念的內(nèi)涵和外延的認(rèn)識偏差，這往往是學(xué)生做題的失分點，理應(yīng)重視，及時采取有效的策略協(xié)助學(xué)生突破失分點。明確概念的內(nèi)涵和外延，有助于學(xué)生理解概念與概念之間的聯(lián)系，為后續(xù)建立概念體系做好知識準(zhǔn)備。

2.整理概念，重視概念的復(fù)習(xí)強化

明確概念的具體定義之后，還要對概念進行指導(dǎo)和整理。實踐教學(xué)經(jīng)驗說明：利用復(fù)習(xí)課來協(xié)助學(xué)生梳理知識體系，構(gòu)建大概念體系遵循了學(xué)習(xí)者的認(rèn)知規(guī)律。因此，在構(gòu)建“大概念”體系方面，教師理應(yīng)重視復(fù)習(xí)課。

開展復(fù)習(xí)課教學(xué)時，教師應(yīng)注意以下幾個方面：

第一，復(fù)習(xí)課應(yīng)具時效性。學(xué)生新建構(gòu)起來的概念是不牢固的，在學(xué)生學(xué)習(xí)完一個章節(jié)或者一個單元后教師要及時強化已經(jīng)構(gòu)建好的科學(xué)概念，而不僅僅在期末時開展復(fù)習(xí)。

第二，復(fù)習(xí)課應(yīng)具有針對性。開展復(fù)習(xí)課時，應(yīng)該選取合適的復(fù)習(xí)課主題，聚焦好概念的層次，尤其要對本節(jié)課涉及的概念進行分類。指導(dǎo)學(xué)生明確概念的層次后有助于學(xué)生繪制概念的脈絡(luò)圖，找準(zhǔn)科學(xué)大概念，最終為學(xué)生構(gòu)建科學(xué)大概念和達成核心素養(yǎng)目標(biāo)服務(wù)。主題的選取需要考慮的因素有：主題的適用范圍是否廣泛？主題是否值得花費時間，是否具有實質(zhì)性的內(nèi)容？主題所包含的內(nèi)容是否為學(xué)生建構(gòu)學(xué)科大概念服務(wù)？要確定這些要素，教師就不得不參考主題和課程標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)系和主題的課程意義。在《課標(biāo)（2017版）》中明規(guī)定了生物學(xué)大概念層次和層級的相關(guān)內(nèi)容，在聚焦大概念方面，新編制的人教版生物學(xué)教學(xué)的欄目有所增減，章節(jié)標(biāo)題有所修改。選取課程主題時應(yīng)依據(jù)課標(biāo)要求，參考新教材，確保確定的課程主題更具有科學(xué)性和可行性。

3.啟發(fā)誘導(dǎo)，整合大概念體系

（1）大概念的橫向建構(gòu)——概念圖策略。

在教學(xué)研究領(lǐng)域，概念并不僅僅是傳統(tǒng)意義上的簡單的文字描述，還包含了能否反映各方面屬性的一個關(guān)系總和。因此，概念和概念的關(guān)系則是大概念的橫向建構(gòu)的關(guān)鍵之處。概念圖（Concept map）運用了可視化方法，是一種展示概念之間有意義聯(lián)系的可視化工具[5]。傳統(tǒng)的概念圖常常用于表示每一節(jié)或者每一章的概念關(guān)系，但是章節(jié)之間缺乏有意義的聯(lián)系。在大概念教學(xué)中，教師需要打破單元之間堅固的壁壘，融合各章節(jié)知識，統(tǒng)籌完整的內(nèi)容體系，進而內(nèi)化為大概念。

（2）大概念的縱向建構(gòu)——分級建構(gòu)策略。

學(xué)生從認(rèn)識基礎(chǔ)事實，形成感性認(rèn)識，逐步發(fā)展為理性認(rèn)識的認(rèn)知過程是逐步進行的，不能一蹴而就。分級建構(gòu)指學(xué)生隨著基礎(chǔ)事實的增加、思維的深化、感性認(rèn)識的積累，對某一個概念逐步加深的過程，分級構(gòu)建策略符合學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展規(guī)律[6]。大概念的橫向建構(gòu)更強調(diào)知識與知識之間的有意義聯(lián)系，而大概念的縱向建構(gòu)則更傾向于同一概念的深化。

（二）學(xué)生活動

1.回顧概念，重新理解概念

學(xué)生的學(xué)習(xí)是發(fā)展的，在每一個學(xué)習(xí)階段，學(xué)生都應(yīng)當(dāng)時刻回顧已經(jīng)建構(gòu)好的概念，嘗試賦予其新的理解。在教學(xué)中，教師也應(yīng)提醒學(xué)生學(xué)會用自己的話來復(fù)述概念，嘗試獨立組織語言來闡釋概念的具體定義，也可以嘗試著做小老師，給同伴講解概念。在這個過程中，學(xué)生可以體驗到自己對舊概念的新理解，補充對概念的認(rèn)識，也可以及時診斷對概念的錯誤判斷，及時糾錯，避免建立錯誤聯(lián)系。

2.明確概念的從屬，構(gòu)想框架

對于大概念的橫向建構(gòu)，學(xué)生可以嘗試著自己總結(jié)和提煉出不同章節(jié)的概念間的共同屬性，以共同屬性為出發(fā)點建立不同章節(jié)間的聯(lián)系。這個出發(fā)點可以是一個小小的詞語，例如“ATP”；也可以是一個完整的命題，例如“在有關(guān)酶的催化下，遠(yuǎn)離腺苷的高能磷酸鍵易水解，并釋放出大量的能量”，也可以是一種觀點和態(tài)度。對于大概念的縱向建構(gòu)，學(xué)生可以嘗試著找到后續(xù)章節(jié)對于前面概念的補充，隨時做好標(biāo)志，也可以在學(xué)習(xí)時及時記錄下對于概念的新感悟，概念在生活中的新應(yīng)用，以求深化概念的認(rèn)識。

3.思維風(fēng)暴，拓展概念的應(yīng)用

聚焦大概念的最終指向培育學(xué)生的核心素養(yǎng)，而核心素養(yǎng)濃縮在生命觀念、科學(xué)思維、科學(xué)能力和社會責(zé)任四個維度上。因此，學(xué)生學(xué)習(xí)的最終目標(biāo)并不僅僅是掌握理論知識，而是在建構(gòu)知識體系的過程中掌握適應(yīng)21世紀(jì)社會發(fā)展的關(guān)鍵能力，換言之便是學(xué)生在成長為社會人的過程中必須具備解決問題的能力。這就要求學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中為融入社會做好準(zhǔn)備，能運用“大概念”這個工具，學(xué)會將所學(xué)的知識遷移到生活中的其他方面，繼而具備解決實際問題的能力。

總之，大概念教學(xué)是教師促進學(xué)生在深入理解知識的基礎(chǔ)上整合知識碎片，從而采取適宜的教學(xué)方法多維度幫助學(xué)生建立對于客觀事物本質(zhì)屬性的認(rèn)識過程。課堂圍繞“大概念”開展有助于進一步完善學(xué)生的知識體系，提高科學(xué)探究能力，培養(yǎng)科學(xué)邏輯思維，培養(yǎng)社會責(zé)任，最終指向?qū)W生生命觀念的培養(yǎng)。