張小奇

摘 要：“概念沖突”教學(xué)模式由Nussbaum和Novick提出，其要點(diǎn)是：順應(yīng)學(xué)生的認(rèn)知心理規(guī)律，在揭示前概念的基礎(chǔ)上，利用新概念與前概念之間的沖突，激發(fā)學(xué)生對(duì)新概念的關(guān)注，進(jìn)一步理解已有的前概念，從而建立完整的新概念體系。嘗試?yán)酶拍顩_突教學(xué)模式設(shè)計(jì)“現(xiàn)代生物進(jìn)化理論的主要內(nèi)容”一節(jié)的教學(xué)過(guò)程。

關(guān)鍵詞：前概念;概念沖突;概念轉(zhuǎn)化

Nussbaum和Novick于1981年提出了一種以皮亞杰的順應(yīng)理論為基礎(chǔ)的教學(xué)策略。這種策略包括四個(gè)主要因素：（1）通過(guò)學(xué)生對(duì)已有事件的反應(yīng)揭示學(xué)生的前概念。（2）使學(xué)生明確意識(shí)到他們自己和別的學(xué)生的想法不同。（3）通過(guò)讓學(xué)生嘗試解釋一個(gè)矛盾事件，引起概念沖突。（4）鼓勵(lì)和引導(dǎo)認(rèn)知的調(diào)整，建立與科學(xué)概念相一致的新的概念模型。這一教學(xué)策略強(qiáng)調(diào)在教學(xué)過(guò)程中促進(jìn)概念的轉(zhuǎn)變，通過(guò)創(chuàng)設(shè)情境或者閱讀引導(dǎo)，使學(xué)生對(duì)一些現(xiàn)象持有的觀念明朗化，即暴露學(xué)生認(rèn)知過(guò)程中的前概念，然后通過(guò)提問(wèn)或者引進(jìn)新概念，直接對(duì)前概念進(jìn)行挑戰(zhàn)，引發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突，在解決沖突的過(guò)程中形成科學(xué)的新概念，從而建立完整的新概念模式?！艾F(xiàn)代生物進(jìn)化理論的主要內(nèi)容”是人教版高中生物學(xué)教材必修2第七章第2節(jié)的內(nèi)容。學(xué)生在第1節(jié)“現(xiàn)代生物進(jìn)化理論的由來(lái)”中，學(xué)習(xí)了進(jìn)化學(xué)說(shuō)的主要內(nèi)容，并且了解了現(xiàn)代生物進(jìn)化理論是以自然選擇學(xué)說(shuō)為核心，深入基因水平的更完善、更復(fù)雜的理論學(xué)說(shuō)。

通過(guò)第1節(jié)的學(xué)習(xí)，學(xué)生初步形成了“進(jìn)化”的前概念。第2節(jié)中由種群是生物進(jìn)化的基本單位以及突變和基因重組是生物進(jìn)化的原材料兩部分主干知識(shí)組成。如何引導(dǎo)學(xué)生由“進(jìn)化的單位是個(gè)體”向“進(jìn)化的單位是種群”這一概念轉(zhuǎn)變？如何引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)計(jì)算認(rèn)識(shí)到進(jìn)化的本質(zhì)是“基因頻率的改變”，而不是個(gè)體水平的“性狀的改變”？不妨設(shè)置如下的概念沖突。

一、“種群是生物進(jìn)化的基本單位”概念教學(xué)

1.創(chuàng)設(shè)情境，揭示前概念

教師向?qū)W生提供人類(lèi)進(jìn)化歷程的短視頻（體毛、行走方式、面部結(jié)構(gòu)等變化），激發(fā)學(xué)生對(duì)“表現(xiàn)型”“進(jìn)化”這些概念的關(guān)注。請(qǐng)學(xué)生結(jié)合已有的知識(shí)和自身的理解，說(shuō)出對(duì)“進(jìn)化”這一概念的理解，暴露出學(xué)生已有的進(jìn)化觀念，即使前概念明朗化。整理為：“進(jìn)化就是在長(zhǎng)期的歷史過(guò)程中，生物的性狀（形態(tài)結(jié)構(gòu)、表現(xiàn)型）不斷發(fā)生的變化。”“人類(lèi)的進(jìn)化還包括智力的進(jìn)化”“進(jìn)化是生物的表現(xiàn)型受環(huán)境的影響而不斷變化，適應(yīng)新環(huán)境的過(guò)程”等。

2.提供問(wèn)題情境，明確認(rèn)知沖突

問(wèn)題情境：“在環(huán)境的影響下，生物的哪些方面發(fā)生了變化？”學(xué)生將 “形態(tài)結(jié)構(gòu)”“性狀”等答案總結(jié)為“表現(xiàn)型”。進(jìn)一步提供問(wèn)題情境：“生物的表現(xiàn)型依附于生物的個(gè)體，一旦個(gè)體死亡，這一表現(xiàn)型也隨之消失，那么在這一物種的進(jìn)化歷程中，這一適應(yīng)環(huán)境的表現(xiàn)型是否還會(huì)再出現(xiàn)？如何才能出現(xiàn)？”學(xué)生對(duì)此產(chǎn)生爭(zhēng)議：能，這一個(gè)體死亡了，但是通過(guò)遺傳，其后代可能可以表現(xiàn)出這一性狀，并且一代代傳下去。另外也有認(rèn)為不能的，這一個(gè)體可能沒(méi)有產(chǎn)生后代就死亡了，或者沒(méi)有產(chǎn)生足夠多的后代，使這一性狀沒(méi)有得到遺傳。

3.深化認(rèn)知沖突，形成概念沖突

這一問(wèn)題情境的創(chuàng)設(shè)引發(fā)的認(rèn)知沖突收到了極好的效果。學(xué)生整理了之前學(xué)習(xí)的突變和基因重組的知識(shí)，對(duì)某一性狀的進(jìn)化問(wèn)題已經(jīng)深入基因的水平，也認(rèn)識(shí)到了探究進(jìn)化問(wèn)題不能局限于個(gè)別甚至是一代生物，而必須引進(jìn)遺傳問(wèn)題。也就是，要以種群為基本單位來(lái)研究，所以說(shuō)種群是生物進(jìn)化的基本單位。

4.引導(dǎo)認(rèn)知調(diào)整，建立新概念

在引導(dǎo)學(xué)生建立科學(xué)概念的同時(shí)，要及時(shí)進(jìn)行認(rèn)知調(diào)整，從根本上消除前概念的影響。（1）提供閱讀材料，判斷是非：達(dá)爾文認(rèn)為，自然選擇作用是生物的個(gè)體，而且是個(gè)體的表現(xiàn)型。（2）深入理解概念，建立概念體系：生活在一定區(qū)域的同種生物的全部個(gè)體叫做一個(gè)種群。種群的本質(zhì)僅僅是指同種生物的集合嗎？其根本特點(diǎn)是什么？學(xué)生從遺傳變異的角度理解，自然選擇最終一定要作用于基因型才可以引起進(jìn)化，種群的根本特征是個(gè)體間可以進(jìn)行基因交流。加深了對(duì)“種群是生物進(jìn)化的基本單位”這一核心概念的理解，也為基因型的相關(guān)計(jì)算學(xué)習(xí)做好了鋪墊。

二、“用數(shù)學(xué)方法討論基因頻率變化”計(jì)算教學(xué)

在之前的遺傳計(jì)算中，學(xué)生更多的是計(jì)算純雜合體的概率，其實(shí)是基于個(gè)體水平計(jì)算后代的頻率。而在進(jìn)化中，要轉(zhuǎn)化為以群體為單位計(jì)算，用基因頻率表示一個(gè)種群進(jìn)化的內(nèi)在傾向。這一計(jì)算方式的轉(zhuǎn)變，也是一個(gè)概念的轉(zhuǎn)變。概念沖突模式，可以幫助學(xué)生擺脫固有的計(jì)算思維，為這一部分學(xué)習(xí)夯實(shí)基礎(chǔ)。

1.回顧已有知識(shí)，揭示前概念

第一部分學(xué)習(xí)中，剛剛形成一個(gè)新概念：種群是生物進(jìn)化的基本單位。教師展示如下題目，了解學(xué)生對(duì)進(jìn)化問(wèn)題計(jì)算的前概念。

題目：一個(gè)昆蟲(chóng)種群中的個(gè)體全部為雜合子，其基因型用Aa表示，A決定綠色翅，a決定褐色翅，自然選擇對(duì)綠色翅和褐色翅的壓力是相同的，請(qǐng)學(xué)生推測(cè)其后代的進(jìn)化傾向，并說(shuō)明為什么。

學(xué)生很容易計(jì)算出，后代AA個(gè)體占1/4，Aa個(gè)體占2/4，aa個(gè)體占1/4，顯性個(gè)體占3/4，隱性個(gè)體占1/4。因此，在自然選擇壓力相同的情況下，顯性個(gè)體數(shù)目更多，其進(jìn)化傾向應(yīng)該是綠色翅。學(xué)生慣性個(gè)體數(shù)目即基因型頻率推測(cè)一個(gè)種群的進(jìn)化傾向，將這一前概念展示出來(lái)。

2.提供問(wèn)題情境，產(chǎn)生認(rèn)知沖突

引導(dǎo)學(xué)生閱讀理解基因頻率的概念，列出計(jì)算公式，假設(shè)上述種群中有100個(gè)體，嘗試計(jì)算A和a的基因頻率，得出結(jié)果二者相同，都是50%。提問(wèn)：這個(gè)基因頻率說(shuō)明了什么問(wèn)題，從A和a在種群中的頻率是1：1，大家可以得到什么啟發(fā)？學(xué)生回答，1：1也就是產(chǎn)生的配子的比率。

3.深化認(rèn)知沖突，形成概念沖突

綜上，對(duì)于該種群而言，A的配子和a的配子數(shù)目是一樣的。在隨機(jī)交配的情況下，后代AA，Aa，aa這三種組合方式的比例是保持穩(wěn)定的，也就是說(shuō)當(dāng)自然選擇的壓力相同時(shí)，該種群不存在綠色翅比褐色翅更有進(jìn)化傾向的問(wèn)題。由此可知，探究種群的進(jìn)化問(wèn)題，應(yīng)該是以基因頻率為基礎(chǔ)，而不是基因型頻率。引導(dǎo)學(xué)生從遺傳題的思維局限中走出來(lái)。

4.舉一反三，引導(dǎo)新概念模型的形成

教師展示新題目：

如果一個(gè)100個(gè)個(gè)體的昆蟲(chóng)種群中，AA 30個(gè)，Aa 60個(gè)，aa 10個(gè)，嘗試計(jì)算其后代種群中A和a的基因頻率。引導(dǎo)學(xué)生首先得出配子的比率為6：4，則AA組合出現(xiàn)的頻率為36%，aa組合出現(xiàn)的頻率為16%，Aa為1-36%-16%=48%。將這一計(jì)算模式列表。

觀察數(shù)據(jù)得出哈溫平衡模式，并組織學(xué)生討論總結(jié)得到這一平衡模式需要滿足的條件。

三、“突變和基因重組是進(jìn)化的原材料”概念教學(xué)

1.創(chuàng)設(shè)情境，揭示前概念

教師引導(dǎo)學(xué)生回顧知識(shí)，激發(fā)學(xué)生對(duì)“基因突變”“染色體變異”和“基因重組”概念的關(guān)注，提供問(wèn)題情境“突變和基因重組有哪些特性？”引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)出核心特性，即隨機(jī)、不定向性，促進(jìn)學(xué)生對(duì)“突變和重組”這一前概念明朗化。

2.提供問(wèn)題情境，產(chǎn)生認(rèn)知沖突

教師提供問(wèn)題情境，引出新概念。（1）上述遺傳平衡的種群在自然界是否存在？為什么？整理學(xué)生答案：不存在，因?yàn)椴豢赡軟](méi)有自然選擇，不可能沒(méi)有突變以及隨機(jī)交配等。（2）既然不存在遺傳平衡種群，自然種群的基因頻率和基因型頻率可以代代保持穩(wěn)定嗎？學(xué)生答案：不會(huì)。（3）種群基因型頻率和基因頻率的變化，意味著什么？整理學(xué)生答案：有自然選擇壓力，發(fā)生了突變，種群發(fā)生了變化等。教師補(bǔ)充引導(dǎo)：種群發(fā)生了進(jìn)化。

3.深化認(rèn)知沖突，形成概念沖突

從上述問(wèn)題情境提煉新概念，突變和基因重組使種群的基因頻率發(fā)生變化，從而為種群進(jìn)化提供原材料。進(jìn)化的實(shí)質(zhì)是種群基因頻率的改變。繼續(xù)提供問(wèn)題情境，產(chǎn)生概念沖突?！巴蛔冾l率很低，如何成為進(jìn)化的原材料？”“突變和基因重組都具有不定向性，怎么確定進(jìn)化的方向呢？”在矛盾沖突中激發(fā)學(xué)生對(duì)原有概念的深入理解。

4.引導(dǎo)認(rèn)知調(diào)整，建立新概念

教師提供閱讀材料：假定每只果蠅約104對(duì)基因，每個(gè)基因突變率10-5，每代約108個(gè)個(gè)體。對(duì)于每個(gè)基因來(lái)說(shuō)，突變率很低;對(duì)于每個(gè)個(gè)體而言，突變率為2×10-1，較低;嘗試計(jì)算每代果蠅會(huì)有多少突變數(shù)目產(chǎn)生呢？學(xué)生計(jì)算得出：2×107個(gè)。引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)到每一代的突變數(shù)目很大，再加上重組產(chǎn)生的新基因型，種群進(jìn)化的原材料是很豐富的。繼續(xù)提問(wèn)，引導(dǎo)思考：突變具有不定向性，重組具有隨機(jī)性，不能決定進(jìn)化的方向，那么進(jìn)化的方向由誰(shuí)來(lái)決定呢？學(xué)生很容易答出：自然選擇。教師引導(dǎo)新概念體系建立，一個(gè)種群的突變數(shù)很多，自然選擇確定適應(yīng)環(huán)境的變異，逐代積累，通過(guò)改變基因頻率，決定進(jìn)化的方向。最后，可以通過(guò)自然選擇深入理解對(duì)樺尺蠖基因頻率的影響的計(jì)算這一過(guò)程，完善新概念體系。

四、模式操作過(guò)程中的反思

學(xué)生的前概念有的來(lái)自日常生活，有的來(lái)自已有的知識(shí)，甚至有的來(lái)自剛剛建立起來(lái)的新概念。前概念未必都是不正確的，但是往往是片面的，或者是有缺陷的。前概念一旦形成，在學(xué)生頭腦中印象深刻，難以轉(zhuǎn)變。如果用傳統(tǒng)的講授式的課堂教學(xué)，將新概念以知識(shí)呈現(xiàn)的形式灌輸給學(xué)生，往往忽略了學(xué)生已有的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)結(jié)構(gòu)，在學(xué)生的認(rèn)知心理上產(chǎn)生了難以被當(dāng)場(chǎng)察覺(jué)的矛盾和認(rèn)知沖突。傳統(tǒng)教學(xué)方法更正前概念的效果也會(huì)受到影響。概念轉(zhuǎn)化模式，正是從認(rèn)知心理的角度，利用了學(xué)生的這一認(rèn)識(shí)沖突，將其完整地呈現(xiàn)在教學(xué)現(xiàn)場(chǎng)，在認(rèn)知上順應(yīng)學(xué)生的心理變化規(guī)律，順應(yīng)認(rèn)知規(guī)律，使知識(shí)的獲得水到渠成。

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