对生物学核心概念及其内涵的研究.pdf

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1、对生物学核心概念及其内涵的研究生物学通报 2011.10从中学生物学教学来看，能够使学生终身受益的，不是具体的生物学专业知识，而是影响他们世界观、 人生观和价值观的生物学观念；不是诸如分类、实验、计算等特殊的方法和技能，而是影响他们思维方式和问题解决能力的具有生物学特点的认识论和方法论。学生能否牢固地、 准确地建立起反映生物学观念的基本的生物学核心概念体系，应当是中学生物学教学的主要目标。 但是在观察教师的教学后，发现在大量的中学生物学课堂中师生双方集中于对具体事实性知识的孤立传授和记忆，而孤立的事实性知识往往教育价值有限。这样教师在教学中就不得不去覆盖教材中所有的学科知识内容，不但加重了学生

2、的学习负担，而且学生进行分析问题、 解决问题和进行高水平思维的能力得不到发展。学生花费大量时间进行解题的操练，但他们对生物学现象本质的认识仍非常浅薄，解决生物学问题的能力仍非常有限，这对学生的终身发展是不利的。鉴于此， 生物学新课程提出要重视学生对生物学核心概念的深入理解， 而不是支离破碎地记忆一些孤立的事实和对概念定义的死记硬背。那么生物学核心概念有什么特点？怎么来认识生物学核心概念？如何甄别生物学核心概念？这些问题无疑都是极为重要的。为此，本文将针对这些问题进行一些探讨。1 对生物学核心概念的认识1.1从生物学科知识结构角度看生物学核心概念布鲁纳认为，任何学科都有其基本结构，任何与该学科有

3、联系的事实、论据、 概念等都可以不断地纳入一个处于不断统一的结构之内。 这种基本结构是学生必须掌握的科学因素，应该成为教学过程的核心，因为学生如果掌握了学科知识的基本结构，就可以独立地面对并深入新的知识领域，从而不断地独立地认识新问题，增多新知识。这一点在“知识爆炸”的时代显得至关重要。生物学的学科知识基本结构应该呈现图1 的形式：图 1 生物学的学科知识基本结构从图 1 中不难看出， 要理解生物学的学科知识的基本结构，首先要知道什么事“生物学概念” 。生物学概念是在众多的生物学事实的基础上归纳、推理出来的结论。广义的生物学概念包括一些原理、规律、理论等知识，它区别于日常用语中的“概念”，在日

4、常用语中人们往往将概念与一个词或一个术语同等对待。这里， 之所以要强调 “生物学概念” ，是为了把教材中的教学内容区分为生物学“事实”和生物学“概念”2种知识。生物学科观念生物学的核心概念生物学的核心概念生物学事实生物学事实生物学事实生物学事实生物学一般概念生物学一般概念生物学一般概念为什么要区分事实和概念呢？生物学概念与生物学事件、生物学事实和生物学现象一样，同为生物学知识。但从教学角度看，分属“为什么” （概念性知识）和“是什么”（事实性知识）两个层别。对于学生来说，掌握事实性知识，主要靠记忆；掌握概念性知识需要思维的训练。教材的主干知识都是概念性知识。而事实性知识，多数是零散的、枝节性的

5、， 教材中列举的事实都是用来支撑概念结构的。概念是由众多事实归纳推理分析得出的，是思维的产物。 而且， 概念需要众多事实的支撑。也就是说， 概念是建立在事实感知的基础之上的。从哲学的观点来说概念是思维的基本单位， 概念是知识的细胞。不同版本的教材阐述的生物学概念是相同的，同一个生物学概念可以用不同的生物学事实来支撑和阐述。通过生物学核心概念的教学，教师对不同版本教材的内容就可以用生物学核心概念来加以统一起来，把生物学概念的教学作为教学的重点，就能够真正地使学生掌握生物学理论，而不是死记硬背很多“生物学事实”，从而真正提高生物科学素养。从上述生物学科的基本知识结构模型中可以看出，生物学科的基本知

6、识结构的最底层是生物学事实。生物学事实是多种多样、层出不穷的，是建立生物学概念的基础。生物学概念与概念之间的经纬交织的相互联系构成了生物学科的基本结构。核心概念位于学科知识结构中一般概念的上层，有学者也称其为“概念聚合器”，它聚合着学科的一般概念。这种聚合不是简单的叠加，而是一种规律性的认识，这种认识具有迁移应用的价值。美国课程专家艾里克森指出，“要位教学单元确定一个聚合概念（核心概念） ，如果没有一个聚合概念，那么单元的学习只能停留在较低的认知水平，这时学生总是试图对相关的事实进行死记硬背。”下面， 以初中生物学中“动物的行为”单元为例对生物学核心概念以及一般概念、学科事实的关系加以说明（如

7、图2 所示） 。图 2 “动物行为”单元中知识之间的关系从图 2 中可以看出， “动物借助于行为适应外界多变的环境”是在大量的关于动物行为事实以及关于先天行为、学习行为和社会行为一般概念的基础上形成的规律性的认识，这种规律性的认识具有普适性，可以统摄先天行为、学习行为和社会行为这些一般概念，而且具有迁移应用价值。一旦形成了“动物借助于行为适应外界多变的环境”核心概念后，就可以解释“为什么某某动物会具有某某行为”等大量的事实现象了。因此，学生形成了核心概念后， 就不用学习大量的生物学事实性知识，通过核心概念的迁移应用就可以解决事实性问题，不但减轻了学生的学习负担，而且提高了分析问题、解决问题的能

8、力，这正是核心概念的教动物借助于行为适应外界多变的环境社会行为是指同种动物个体之间发生相互作用、相互关系的有关行为先天行为是神经系统对外界刺激所做出的可遗传的先天的正确反应学习行为是借助于个体生活经验使自身的行为发生适应性变化迁移应用蚂蚁、蜜蜂等昆虫的社会行为，猴、狮子等哺乳动物的社会行为等饮水、摄食、织网、筑巢等等听音取食、模仿鸣唱、动作模仿等等生物学事实学价值所在。再如， 美国加州科学内容标准9-12 年级生物学“遗传和进化”部分中确定了6 个核心概念，现以其中的一个为例看核心概念与一般概念的关系。内容核心概念一般概念遗传与进化在一个种群中，突变和有性生殖会导致可遗传的变异1）减数分裂是有

9、性生殖的一个早期过程：成对的染色体分离和自由组合，使产生的配子只含其中一条染色体2）在多细胞生物体内只有某些细胞进行减数分裂3）染色体自由组合可以解释在配子中特定基因出现的概率4）通过雌雄配子的结合（受精作用）在合子中将产生新基因的组合5）个体中大约一半的DNA序列来自一个亲本6）染色体在决定性别中发挥作用7）根据亲代的基因组成可以预测合子中等位基因的可能组成可见，核心概念具有统摄一般概念和事实性知识的作用，因为一般概念更接近于事实性知识，而核心概念则是超越于具体、事实性知识的认识。1.2什么是生物学核心概念美国课程专家艾里克森在概念为本的课程与教学一书中指出“提高学业标准更多的是要求思维能力

10、的提升，而不是掌握更多的事实内容。因此，教学内容应该围绕各学科的核心概念进行选择。”她认为核心概念是居于学科中心，具有超越课堂之外的持久价值和迁移价值的概念性知识、原理、规律或方法。美国国家课程标准中生命科学的内容按照学段以“一句话” 的形式列出了该学段的内容标准及支持内容标准的核心概念。例如见下表所示的细胞这一核心概念的表述。内容标准支持内容标准的核心概念细胞细胞具有其功能的特定结构细胞的大多数功能都是通过化学反应进行的细胞中存储的信息指导其完成功能细胞的功能是受到调节的植物细胞含有叶绿素，是进行光合作用的场所细胞能够进行分化生物学核心概念不是一成不变的，有些概念对中学生来说是核心概念，对专

11、家来说可能是一般概念。 不同学段的生物学核心概念是不同的，也就是说， 生物学核心概念实际上是教师应该通过教学过程使学生形成的关于生命本质的正确认识或看法。生物学核心概念是对同一类生物学问题本质特征的概括。例如“生命有机体维持其生命活动需要不断地摄取能量”这一核心概念， 就是在分析生物体进行新陈代谢过程中，概括出来的这一本质认识：从分析生物体与环境的关系入手，发现生物体是开放系统，生物体和周围环境不断进行着物质的交换和能量的流动。一些物质被生物体吸收后，在其中发生一系列变化， 最终成为代谢过程的最终产物而被排出体外。在代谢过程中， 生物体内的能量总是不断地转化， 而能量的每一次转化总要失去一些可

12、用的自由能，所以生物体必须从外界摄取自由能来保持它的稳定。理解“生命有机体维持其生命活动需要不断地摄取能量”概念的本质，有助于学生理解生命的本质，从系统的角度来认识生命系统。从以上的叙述可知，核心概念不同于一般的科学概念，它可以统摄一般的概念，可以揭示学科知识的本质和学科知识之间的联系，具有统整学科知识的功能。2 怎样甄别生物学核心概念生物学核心概念是生物学最核心的概念性知识，是反映学科本质的概念，它们相互组合能够反映生物学科的基本面貌。这样的概念可以统摄学科的一般概念，可以揭示一般概念之间的联系， 具有统整学科知识的功能。对生物学核心概念的掌握程度反应了一个人的生物学素养。怎样在众多的生物学

13、概念中甄别出生物学核心概念呢？甄别生物学核心概念要考虑以下几个方面：第一，生物学核心概念是构成学科基本框架的概念生物学是研究生命现象和生命活动规律的科学，在生物学这门基础自然科学中，离不开对事物和现象的过细描述和具体分析。核心概念可以揭示科学知识的本质及其相互联系，能够将过细的描述和具体分析的信息片段融入广阔的、有逻辑内聚力的结构中，在这样的结构中，信息片段的关系被突显出来。因此，在生物学教学中， 要建构汇集信息片段的知识结构，并能将其纳入到上述的全信息结构中，这个知识结构的节点就是学科的核心概念，因此， 它是构成学科基本框架的概念。第二，生物学核心概念是具有文件夹功能的概念如果教师能够成功地

14、提炼教学单元的核心概念，并且将它们组合成能够反映生物科学基本面貌的核心概念体系，然后围绕该体系选择知识内容，淡化与该体系没有直接关系的知识，这样选择出来的较少量的知识，比课程中庞杂的知识体系具有更强的学科教育功能。第三，生物学核心概念是具有统摄思维功能的概念核心概念的提炼和梳理需要按照知识的内在联系和规律性，将零散的整体化、条理化，建构起脉络清晰、条理分明、 相互之间有机联系的体系。这样一个具有逻辑内聚力的体系在建构过程中需要整体思维的把握。第四，生物学核心概念是具有迁移价值的概念科学的其他领域同样存在着可以反映事物规律与联系的核心概念，对于学科核心概念的理解可以迁移到其他领域，这样学生学会整

15、体地、联系地、发展地、本质地看问题，形成科学的思维习惯，掌握了有效的学习方法，就会成为很有智慧的人。根据以上原则， 北京市生物学骨干教师培训班学员对高中生物学“分子与细胞” 模块的核心概念进行了甄别。单元名称核心概念走近细胞生物界由多层次的生命系统组成，细胞是最基本的生命系统组成细胞的分子细胞是由生物大分子组成的，不同的生物大分子承担不同的功能细胞的基本结构细胞内的各结构单元都有特定的结构和功能细胞的物质输入和输出细胞的生命活动需要物质和能量的推动细胞的能量供应和利用细胞的生命历程细胞能够生长、增殖、分化、衰老、癌变和死亡，在离体状态下，细胞还能够发育成一个新的个体（即细胞具有全能性）通过以上对高中生物学核心概念的界定可以看出，确定单元核心概念后，就为本单元教学的思维过程指明了方向。总之， 生物学核心概念不同于一般的学科概念，它居于学科中心，具有持久价值和迁移价值。