劉夢琦 安云彥 李秋石

(河北師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院 石家莊 050024)

根據(jù)學(xué)生對不同的生物學(xué)概念的認(rèn)知層面不同，通常將生物學(xué)概念劃分為解釋性概念、過程性概念、規(guī)律性概念這三大類[1]。其中，生物學(xué)規(guī)律性概念是用于表征生物與環(huán)境的本質(zhì)規(guī)律和本質(zhì)內(nèi)容的生物學(xué)概念，較難表述、理解和把握，是處于金字塔頂端的概念，故而稱之為生物學(xué)高階概念。

針對如何達(dá)成生物學(xué)高階概念的有效學(xué)習(xí)，基于理論與實(shí)踐的研究，嘗試通過情境浸入(contextualize)、概念沖突(clash)、概念轉(zhuǎn)變(change)、規(guī)律生成(confirm)、科學(xué)實(shí)踐(conduct)的5C學(xué)習(xí)環(huán)來實(shí)現(xiàn)。下面以“細(xì)胞是最基本的生命系統(tǒng)”這一高階概念的達(dá)成為例進(jìn)行闡述?！凹?xì)胞是最基本的生命系統(tǒng)”這一高階概念包括“細(xì)胞膜是細(xì)胞生命系統(tǒng)的邊界”“細(xì)胞器在細(xì)胞生命系統(tǒng)中分工合作”“細(xì)胞核是細(xì)胞生命系統(tǒng)的控制中心”等重要概念。

1 情境浸入

教師構(gòu)建情境提供輔助，學(xué)生浸入情境初識概念。生物學(xué)高階概念的學(xué)習(xí)過程是在原有概念解決不了新問題這一基礎(chǔ)之上進(jìn)行的，其構(gòu)建需要學(xué)生在生活和知識的已知、未知中找到大量的信息碎片并將其整合[2]。因此，一方面教師需要在明確了學(xué)生的已知、未知以及這兩者之間的差距后，根據(jù)最近發(fā)展區(qū)理論，為學(xué)生構(gòu)建若干個概念情境；另一方面學(xué)生在教師的引導(dǎo)下浸入情境，找到情境中隱含的信息碎片，將其整合、重組，構(gòu)建起新概念的雛形。

例如，教師借助國界線、蛋黃膜與細(xì)胞膜的類比關(guān)系揭示系統(tǒng)邊界的存在；學(xué)生借助真正的蛋黃(輕按蛋黃并不會造成蛋黃膜破裂，而用牙簽將蛋黃膜挑破則會使蛋液流出)近距離感知“膜”的存在和功能；最后回歸于“單個細(xì)胞也是具有邊界的”，教師呈現(xiàn)上屆學(xué)生制作的教具“生物膜的流動鑲嵌模型”，學(xué)生可觀察放大后的微觀結(jié)構(gòu)。

該情境所含內(nèi)容相對于多媒體展示的視頻、圖片等更加直觀、立體、近距離，學(xué)生可以觀察、觸摸實(shí)驗(yàn)材料，也可以拆解模型，有利于學(xué)生對即將學(xué)習(xí)的內(nèi)容產(chǎn)生興趣和探索欲望，主動浸入科學(xué)情境。因此，情境浸入是深度理解高階概念的基礎(chǔ)。

2 概念沖突

學(xué)生浸入在情境之中，進(jìn)一步地學(xué)習(xí)會產(chǎn)生已知和未知的概念沖突，這是學(xué)生主動探索未知的前提。在高階概念的學(xué)習(xí)中引發(fā)認(rèn)知沖突有以下幾個要點(diǎn)： 首先，學(xué)生要能夠在情境中發(fā)現(xiàn)新的問題；其次，學(xué)生能夠主動意識到原有概念解釋不了新的問題，產(chǎn)生尋求新的解決方法的意向；最后，教師在適當(dāng)?shù)臅r機(jī)呈現(xiàn)新概念。這樣學(xué)生才能夠?qū)Ω唠A概念的本質(zhì)產(chǎn)生認(rèn)知的碰撞、沖突與思考[2]。

例如，在學(xué)習(xí)“細(xì)胞是最基本的生命系統(tǒng)”這一高階概念中的“細(xì)胞核是細(xì)胞生命系統(tǒng)的控制中心”時，學(xué)生剛建立“細(xì)胞是一個完整的、相對獨(dú)立的生命個體”這一概念，一般情況下認(rèn)為“細(xì)胞只有結(jié)構(gòu)完整才能存活”。此時，教師呈現(xiàn)美西螈核移植實(shí)驗(yàn)、傘藻核移植實(shí)驗(yàn)、蠑螈受精卵橫溢實(shí)驗(yàn)、變形蟲細(xì)胞核切分實(shí)驗(yàn)等資料，并提出以下四個問題： ①誰控制著美西螈的膚色？②誰改變了傘藻“帽”的性狀？③為什么無核的蠑螈受精卵不能分裂？④為什么無核的變形蟲無法攝食和應(yīng)激？(①②為遺傳方面的概念沖突，③④為代謝方面的概念沖突。)

這些現(xiàn)象與學(xué)生的原有認(rèn)知相悖，學(xué)生因此產(chǎn)生概念沖突，激發(fā)探究欲望?？梢姡拍顩_突是主動探究高階概念的起點(diǎn)。

3 概念轉(zhuǎn)變

教師從旁協(xié)助，學(xué)生對于問題漸漸明朗，借助概念沖突，實(shí)現(xiàn)概念轉(zhuǎn)變。一般情況下，高階概念的轉(zhuǎn)變需要通過更為復(fù)雜的科學(xué)探究或論證。學(xué)生實(shí)現(xiàn)由前科學(xué)概念到高階概念的達(dá)成是一個學(xué)習(xí)進(jìn)階的過程，經(jīng)歷若干個階梯式的概念轉(zhuǎn)變，層層遞進(jìn)才能實(shí)現(xiàn)最終的高階概念轉(zhuǎn)變。高階概念轉(zhuǎn)變有以下幾個要點(diǎn)： 首先，概念轉(zhuǎn)變需要學(xué)生的概念不滿作為基礎(chǔ)；其次，概念轉(zhuǎn)變的策略應(yīng)該指向?qū)W生能夠主動探求解決新問題；另外，學(xué)生所探求的解決新問題的途徑應(yīng)該指向高階概念的形成，或者至少應(yīng)比原有概念更有效。

例如，在學(xué)習(xí)“細(xì)胞是最基本的生命系統(tǒng)”這一高階概念中的“細(xì)胞器在細(xì)胞生命系統(tǒng)中分工合作”時，學(xué)生存在概念疑惑，無法確定細(xì)胞器之間分工合作及其方式。要消除這種疑惑，一方面通過同位素標(biāo)記法，從現(xiàn)象表征的角度獲得細(xì)胞器之間分工合作的證據(jù)，另一方面結(jié)合教師給出的細(xì)胞內(nèi)一段時間細(xì)胞膜、細(xì)胞器膜面積變化數(shù)據(jù)，構(gòu)建數(shù)學(xué)模型，從理性分析的角度更加細(xì)微、深入地理解細(xì)胞器之間的分工與合作，以及膜的相互融合與轉(zhuǎn)化，最終學(xué)生完成“細(xì)胞器在細(xì)胞生命系統(tǒng)中分工合作”這一概念轉(zhuǎn)變。

學(xué)生更能夠進(jìn)一步認(rèn)識到細(xì)胞膜、細(xì)胞器膜同成分、同性質(zhì)，同時完成從細(xì)胞膜、細(xì)胞器膜相互獨(dú)立到細(xì)胞膜、細(xì)胞器膜共同構(gòu)成完整的生物膜系統(tǒng)的概念轉(zhuǎn)變。所以，概念轉(zhuǎn)變是進(jìn)階達(dá)成高階概念的核心。

4 規(guī)律生成

學(xué)生脫情出境，得出結(jié)論并生成規(guī)律，促進(jìn)科學(xué)思維的達(dá)成。學(xué)生高階概念學(xué)習(xí)的一個重要評判指標(biāo)就是是否實(shí)現(xiàn)了一般科學(xué)規(guī)律的生成。規(guī)律生成一般可以用到演繹推理、歸納推理等方法，其中在高中生物學(xué)高階概念的學(xué)習(xí)中，假說—演繹法(屬于演繹推理)和類比推理(屬于歸納推理)是重要的規(guī)律生成方法[3]。

例如，學(xué)生已習(xí)得了“細(xì)胞膜是生命系統(tǒng)的邊界”“細(xì)胞器在細(xì)胞生命系統(tǒng)中分工合作”和“細(xì)胞核是細(xì)胞生命系統(tǒng)的控制中心”等重要概念。以細(xì)胞核、細(xì)胞器、細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的認(rèn)知作為規(guī)律生成的基礎(chǔ)，從吞噬細(xì)胞的胞吞和胞吐的實(shí)例中提煉關(guān)于細(xì)胞核、細(xì)胞器、細(xì)胞膜相互合作構(gòu)成細(xì)胞統(tǒng)一體的個性化結(jié)論，再結(jié)合多種細(xì)胞能獨(dú)立完成細(xì)胞內(nèi)生命活動的實(shí)例類比推理，歸納得到“細(xì)胞是最基本的生命系統(tǒng)”這一高階概念。

這一過程就形成了高階概念，學(xué)生進(jìn)一步深化了對細(xì)胞學(xué)說的理解。故而，規(guī)律生成是深度理解高階概念的標(biāo)志。

5 科學(xué)實(shí)踐

教師更新情境、重塑問題，學(xué)生隨機(jī)通達(dá)、在科學(xué)實(shí)踐中實(shí)現(xiàn)高階概念的遷移。生物學(xué)高階概念的規(guī)律一旦生成，就需要在特定的生物學(xué)情境中解決復(fù)雜的生物學(xué)問題，將理論回歸于實(shí)踐，更好地把握生物學(xué)高階概念?？茖W(xué)實(shí)踐的過程需要教師提供拓展的情境，通過以問題為中心的活動，進(jìn)行橫向遷移或縱向遷移，最后達(dá)到高階概念的內(nèi)化與外顯[4]。

例如，學(xué)生達(dá)成“細(xì)胞是最基本的生命系統(tǒng)”這一高階概念后，教師以癌細(xì)胞為例呈現(xiàn)相關(guān)資料，學(xué)生發(fā)現(xiàn)并概括癌細(xì)胞的細(xì)胞膜作為其生命系統(tǒng)的邊界有何功能、癌細(xì)胞的細(xì)胞器在其生命系統(tǒng)中如何分工合作、癌細(xì)胞的細(xì)胞核作為指導(dǎo)中心如何指導(dǎo)其生命系統(tǒng)活動的進(jìn)行，從而促進(jìn)概念的遷移。進(jìn)而闡述癌細(xì)胞作為最基本的生命系統(tǒng)，其具體的生命活動(生產(chǎn)活動和信息交流活動)和生命歷程(產(chǎn)生、成長、衰老和死亡)，并建構(gòu)以時間為主線的概念模型。因此，科學(xué)實(shí)踐是遷移運(yùn)用高階概念的旨?xì)w。

生物學(xué)高階概念的學(xué)習(xí)是一個不斷發(fā)現(xiàn)問題、不斷解決問題、不斷進(jìn)階的過程[5]。學(xué)生在更新變化的情境下發(fā)現(xiàn)新的事實(shí)與證據(jù)、產(chǎn)生新的問題與思考，進(jìn)而進(jìn)行新的問題構(gòu)建、新的問題解決、高階概念的達(dá)成。這樣的循環(huán)往復(fù)最終構(gòu)成了動態(tài)的生物學(xué)高階概念學(xué)習(xí)過程。

由于高階概念的動態(tài)生成性，學(xué)生每一個環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)結(jié)果都會影響到下一個環(huán)節(jié)的結(jié)果生成，5C學(xué)習(xí)環(huán)的構(gòu)建是一個連續(xù)的整體。即情境浸入是深度理解高階概念的基礎(chǔ)，概念沖突是主動探究高階概念的起點(diǎn)，概念轉(zhuǎn)變是進(jìn)階達(dá)成高階概念的核心，規(guī)律生成是深度理解高階概念的標(biāo)志，科學(xué)實(shí)踐是遷移運(yùn)用高階概念的旨?xì)w。