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一、生物學核心概念及其教育價值

美國課程專家H.LynnErickon在“概念為本的課程與教學”一書中指出,核心概念是居于學科中心,具有超越課堂之外的持久價值和遷移價值的概念。費得恩(Feden)認為,核心概念是學生將學科的事實和現(xiàn)象忘記之后,仍然留在記憶中并能應用的概念性知識。戴維(Davy)則認為核心概念構(gòu)成了學科的骨架,具有遷移應用的價值。

綜上所述,我們認為,生物學核心概念與生物學事件、生物學事實和生物學現(xiàn)象一樣,同為生物學知識。但從教學角度看,分屬“為什么”(概念性知識)和“是什么”(事實性知識)兩個層別。生物學核心概念是在眾多的生物學事件、生物學事實、生物學現(xiàn)象的基礎(chǔ)上歸納、推理出來的結(jié)論,是對同一類生物學問題本質(zhì)特征的概括。例如“穩(wěn)態(tài)”這一概念,就是在分析細胞內(nèi)環(huán)境各種理化因子相互作用現(xiàn)象的基礎(chǔ)上,概括出“生物體依靠自我調(diào)節(jié)機制維持內(nèi)環(huán)境理化性質(zhì)相對穩(wěn)定狀態(tài)”這一穩(wěn)態(tài)本質(zhì),進而得出其內(nèi)涵是:機體在遭受外界因素干擾下,依靠體內(nèi)復雜的自我調(diào)節(jié)機制,各個器官、系統(tǒng)協(xié)調(diào)活動,使內(nèi)環(huán)境達到的一種動態(tài)平衡;其外延是:所有的生命系統(tǒng)在不斷變化的環(huán)境條件下,依靠自我調(diào)節(jié)機制維持相對穩(wěn)定的狀態(tài)。理解“穩(wěn)態(tài)”概念的本質(zhì),有助于學生理解生命的本質(zhì),從系統(tǒng)的角度來認識生命系統(tǒng)與環(huán)境的關(guān)系。

與事實性知識相比,核心概念具有更高的概括性。人們對核心概念的理解可以較長久地保存在記憶中,有助于形成較好的知識框架,學習更多知識。所以在教學中要更加重視學生對核心概念的理解,而不是對事實的記憶。

在教學中,教師必須注重核心概念的教學理解。具體而言,就是要以生物學現(xiàn)象和事實為載體,把握生物學核心概念的要素和內(nèi)涵及其外延,領(lǐng)會其教育價值,形成生物學思維方法。

下面以“穩(wěn)態(tài)”概念為例,探討生物學核心概念及其教育價值和教學理解問題。

二、“穩(wěn)態(tài)”概念及其教育價值和教學理解

“穩(wěn)態(tài)”概念不僅包涵了生命系統(tǒng)通過自我調(diào)節(jié)保持穩(wěn)態(tài)并適應內(nèi)外環(huán)境變化,通過自動調(diào)節(jié)作用在結(jié)構(gòu)與功能上達到和諧與統(tǒng)一,而且它又以“生命系統(tǒng)”與其他相關(guān)生物學知識整合。可以構(gòu)建這樣一個存在穩(wěn)態(tài)的知識體系:分子→細胞→組織→器官→個體→種群→群落→生態(tài)系統(tǒng)→一般系統(tǒng),能讓學生明白其實生命系統(tǒng)的各個層次都是存在穩(wěn)態(tài)現(xiàn)象的,在生命系統(tǒng)內(nèi)部和生命系統(tǒng)與環(huán)境之間信息流動的過程中,都存在著生命系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)與調(diào)控,甚至是自然界的一般系統(tǒng)在其變化與平衡之中也存在著這樣的穩(wěn)態(tài)與調(diào)節(jié)。從而從不同層次和不同的角度幫助學生認識到生命的復雜性和動態(tài)平衡性,幫助學生理解各個層次的生命系統(tǒng)是如何在不斷變化的環(huán)境中通過自我調(diào)節(jié)機制維持自身的穩(wěn)態(tài),有助于學生理解生命系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài),認識生命系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的整體性;有助于學生形成正確的生態(tài)學觀點和人與自然和諧發(fā)展的觀念;同時在構(gòu)建過程中領(lǐng)悟系統(tǒng)分析、建立數(shù)學模型等科學方法,更好地訓練學生將數(shù)學的公式和方法引入生物學研究,形成系統(tǒng)的觀點,為學生將來的進一步學習乃至科學研究打下堅實的基礎(chǔ)。

1.“穩(wěn)態(tài)”概念的教育價值分析

(1)豐富對生物學知識的理解和認識

生命系統(tǒng)是開放系統(tǒng),它們與外界環(huán)境之間不斷進行著物質(zhì)交流、能量轉(zhuǎn)換和信息傳遞,這就決定了生命系統(tǒng)時刻處于動態(tài)變化過程中。無論是個體水平還是群體水平,這種動態(tài)變化必須在一定范圍內(nèi)進行,否則系統(tǒng)就會崩潰。也就是說,穩(wěn)態(tài)是生命系統(tǒng)能夠獨立存在的必要條件。穩(wěn)態(tài)的維持靠的是生命系統(tǒng)內(nèi)部的自動調(diào)節(jié)機制。關(guān)于這種調(diào)節(jié)機制,在個體水平上主要是動物體和植物體的生命活動的調(diào)節(jié),在群體水平上主要是生態(tài)系統(tǒng)的自動調(diào)節(jié)�？梢�,就理解生命活動的本質(zhì)和規(guī)律來說,“穩(wěn)態(tài)”概念具有其他概念不可取代的價值,有利于豐富學生對生物學知識的理解和認識。

(2)在把握宏觀與微觀的聯(lián)系中拓展視野

上世紀20年代,奧地利生物學家、心理學家貝塔朗菲(LudwigVonBeriatanffy)創(chuàng)立了一般系統(tǒng)論,指出“應把生物作為一個系統(tǒng)來研究”。系統(tǒng)具有“整體性”,就是說,不能把系統(tǒng)割裂成要素孤立地去研究,應該注意研究要素及要素間的相互作用與相互影響。系統(tǒng)還具有層次性,即從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上看是分層的。系統(tǒng)的最重要特征是穩(wěn)態(tài)。用一般系統(tǒng)論的觀點來分析生命系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài),有助于我們在把握宏觀與微觀的聯(lián)系中從多個角度認識生命系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)。

生命是一個開放的系統(tǒng)。這個開放的系統(tǒng)在生命活動中不斷地與它所處的外部環(huán)境有物質(zhì)、能量和信息的交流,通過信息的傳遞和反饋調(diào)節(jié),這個系統(tǒng)維持著自身的穩(wěn)態(tài)。這個系統(tǒng)的層次性表現(xiàn)在多個方面:細胞是基本的結(jié)構(gòu)和功能單位,其上有組織、器官、系統(tǒng)、個體、種群、群落、生態(tài)系統(tǒng)和生物圈。每一層次都可以成為獨立的生命系統(tǒng),都存在著穩(wěn)態(tài),都發(fā)生著與環(huán)境的交流,都發(fā)生著信息的傳遞和反饋調(diào)節(jié)。同時,這一層次和那一層次之間的關(guān)系又不可忽略。由此,揭示了生命系統(tǒng)中尺度、結(jié)構(gòu)與功能之間有著必然的內(nèi)在聯(lián)系,生命系統(tǒng)在不同尺度下存在著不同層次的結(jié)構(gòu),尺度與結(jié)構(gòu)決定生命系統(tǒng)的功能。這不僅反映了人們認識事物的發(fā)展規(guī)律,也拓展了人們研究事物本質(zhì)的視野。

(3)領(lǐng)悟多種生物科學研究方法的實質(zhì)

系統(tǒng)分析包括定性分析和定量分析,中學生物學教育一般只能做定性分析。為了使學生能夠運用系統(tǒng)分析的方法進行學習,在構(gòu)建“穩(wěn)態(tài)”概念過程中要借助于“探討人口增長對生態(tài)環(huán)境的影響”、“闡明生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性”等內(nèi)容,教會學生用系統(tǒng)分析的方法來分析問題。在科學探究中經(jīng)常使用的兩種邏輯方法——模型方法(建立物理模型和數(shù)學模型)和數(shù)學方法(取樣調(diào)查),在建構(gòu)“穩(wěn)態(tài)”概念過程中都有很好的載體(例如:設計并制作生態(tài)瓶——物理模型,嘗試建立數(shù)學模型解釋種群的數(shù)量變動,等等),應引導學生運用這些科學方法進行“穩(wěn)態(tài)”概念的學習。

2.“穩(wěn)態(tài)”概念的教學理解

(1)在已有知識經(jīng)驗的基礎(chǔ)上認識“穩(wěn)態(tài)概念

將生物的個體和群體看作不同層次的生命系統(tǒng),它們都在與外界環(huán)境的相互作用中通過信息的傳遞和自身的調(diào)節(jié)來達到維持穩(wěn)態(tài)的目的。這是構(gòu)建“穩(wěn)態(tài)”概念的關(guān)鍵,也是做好初高中教學銜接的一個有效的著力點。

學生在初中階段初步學習過生物與環(huán)境關(guān)系的知識,在這個基礎(chǔ)上,教師引導學生用系統(tǒng)分析的方法分析:無論植物、動物、人體還是種群、群落乃至生態(tài)系統(tǒng),任何一個生命系統(tǒng)時刻處于動態(tài)變化中,通過信息的傳遞,生命系統(tǒng)感受內(nèi)外環(huán)境的變化,通過調(diào)節(jié)做出應答性反應,從而維持自身的穩(wěn)態(tài)。這是構(gòu)建“穩(wěn)態(tài)”概念的主線,有利于學生把握相關(guān)知識內(nèi)容之間的本質(zhì)聯(lián)系,有利于學生建立整體性的認識。

(2)借助各種直觀手段幫助學生構(gòu)建概念

在教學中,應盡可能通過實驗、實物、圖片、照片、錄像片等,豐富學生的感性認識,將有助于學生對“穩(wěn)態(tài)”這一學科主題的理解和構(gòu)建。

教科書的圖片非常精美,與文字緊密配合,我們得充分利用好這些圖片。比如關(guān)于組織液、血漿和淋巴三者間的內(nèi)在聯(lián)系,教材寫得比較具體,而且配有插圖,可以先讓學生閱讀課本相關(guān)內(nèi)容,同時參考教科書中的圖,進行獨立思考,在此基礎(chǔ)上引導學生理解三者間的關(guān)系。在看圖過程中,首先應該引導學生識別圖中各種結(jié)構(gòu)和成分,弄清各結(jié)構(gòu)間的關(guān)系,這是理解組織液、血漿和淋巴內(nèi)在聯(lián)系的基礎(chǔ)。教材提供的插圖只反映人體局部組織中的情況,要說明全身的細胞外液是一個有機的整體,有必要再提供人體循環(huán)系統(tǒng)(包括血液循環(huán)和淋巴循環(huán))的整體圖,有助于學生建立對人體細胞外液的整體認識。

我們也可以選取一些能反映機體各器官系統(tǒng)協(xié)調(diào)活動,以及機體與外界環(huán)境相適應的相關(guān)例子的視頻畫面,運用多媒體進行教學,通過視頻畫面,烘托氣氛,激發(fā)學生的學習興趣。但要注意不應讓學生的興趣過多停留在感性的層面上,及時結(jié)合畫面提出有關(guān)問題,盡快將學生引入對問題的理性思考,在這樣的觀察與思考中構(gòu)建“穩(wěn)態(tài)”概念。

(3)在解決實際問題中幫助學生構(gòu)建概念

個體和群體水平的穩(wěn)態(tài),都與人們的日常生活和生產(chǎn)實踐有著密切的關(guān)系。比如,人體的許多疾病都是穩(wěn)態(tài)失調(diào)的結(jié)果,每一個人的健康都與內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)態(tài)有關(guān),幾乎所有人都親歷過諸如發(fā)燒等穩(wěn)態(tài)失調(diào)引起的疾病;諸多環(huán)境問題又是生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)失調(diào)的結(jié)果。教師應當充分利用學生的生活經(jīng)驗,啟發(fā)學生將理論知識與實際生活聯(lián)系起來。

比如教師可以從學生身邊的一張化驗單入手,引導學生分析化驗單上為什么每種成分都有一個變化范圍,從而初步認識內(nèi)環(huán)境的各種成分是動態(tài)變化的;又比如教師可以引導學生思考生物圈2號失敗的原因,讓學生領(lǐng)悟到自然界中生態(tài)系統(tǒng)的相對穩(wěn)定性,穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)對于生物的生存至關(guān)重要。

教師還可以聯(lián)系有關(guān)沙塵暴的事實,讓學生討論沙塵暴發(fā)生的原因;聯(lián)系密云水庫合理捕撈量的確定問題,引導學生討論種群數(shù)量的變化規(guī)律……事實上,現(xiàn)實生活中遇到的各種相關(guān)問題,報紙、雜志、廣播、電視、網(wǎng)絡等媒體上關(guān)于穩(wěn)態(tài)的自然科學問題和社會科學問題等的報道都將成為學生構(gòu)建“穩(wěn)態(tài)”概念很好的切入點。

我們不必拘泥于教材中的實例,可以通過一些標志性的問題或?qū)嵗�讓學生打開思維的閘門,列舉出更多的實例進行分析,這樣教學效果會更好。

(4)在豐富多彩的活動中促進學生構(gòu)建概念

建構(gòu)主義學習理論認為,知識不可能以實體的形式存在于個體之外,真正的理解只能是由學習者自身基于自己的經(jīng)驗背景而建構(gòu)起來的,這取決于特定情況下的學習活動過程。就以“穩(wěn)態(tài)”這一概念來說,就涉及內(nèi)環(huán)境,而內(nèi)環(huán)境的化學成分、理化性質(zhì)等都很抽象,其動態(tài)變化更令學生難以捉摸。

我們可以通過設計模型建構(gòu)、探究與實驗、社會調(diào)查、野外實地考察(調(diào)查)、搜集資料、資料分析、思考與討論等活動,通過這些多樣的學習活動,豐富學生對穩(wěn)態(tài)的感性認識,促進穩(wěn)態(tài)概念的全面構(gòu)建。

比如,我們可以引導學生討論“化驗單都告訴了我們些什么”,討論“為什么醫(yī)院里給病人輸液時必須使用生理鹽水”等問題;結(jié)合2019年奧運會,討論“為什么奧運會上要禁止使用興奮劑——激素類藥物應用的利與弊”,討論“有氧運動與減肥”等問題;我們還可以在適當?shù)臅r候引導學生展開關(guān)于“糧食重要還是鳥類重要(北大荒墾荒問題)”的大討論,展開為什么要“退耕還林、還草、還湖”、“食人魚能不能成為我們的新寵物”的討論等等,在這樣的思考與討論、資料分析等活動中落實“穩(wěn)態(tài)”概念的構(gòu)建。

建立數(shù)學模型是生態(tài)學研究的重要方法。在要求學生“嘗試建立數(shù)學模型解釋種群數(shù)量的變化”這一活動中,不僅能讓學生了解建立數(shù)學模型的方法,也能讓學生在模型的建構(gòu)過程中體會群體生態(tài)學中的這種動態(tài)變化的調(diào)節(jié)機制,為群體生態(tài)中的穩(wěn)態(tài)構(gòu)建奠定基礎(chǔ),還可以幫助學生理解建立模型的一般步驟,領(lǐng)悟并嘗試應用這種方法。建立數(shù)學模型的方法對高中學生來說是有一定難度的,教學中應當使學生認同運用恰當?shù)臄?shù)學模型能夠較好地表達某些生物學規(guī)律。一定要避免從數(shù)學到數(shù)學,為計算而計算的教學,比如“種群基因頻率的穩(wěn)定與變化”的教學中一定得注意,數(shù)學計算的目的是構(gòu)建“穩(wěn)態(tài)”概念,幫助學生理解運用這一概念。

值得注意的是一些關(guān)鍵性事件對概念的構(gòu)建至關(guān)重要。例如組織學生調(diào)查“人口增長過快給當?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境帶來的影響”,從揭示人口增長對生態(tài)環(huán)境帶來的影響,分析因果間的邏輯關(guān)系,盡可能探求表面上未直接關(guān)聯(lián)的事物之間存在著的關(guān)系,例如,人口增長與農(nóng)藥使用之間的關(guān)系,并且根據(jù)實際情況,充分拓展思維,提出解決問題的方案或?qū)Σ?可以組織學生到野外進行實地調(diào)查,感受生物多樣性的價值,同時讓學生通過實地調(diào)查來體會和運用樣方法等等。教師應當鼓勵學生親自調(diào)查或廣泛搜集資料,再通過課堂討論,加深對科學、技術(shù)、社會相互關(guān)系的認識,提高參與社會事務的討論和公眾決策的能力。

生物學核心概念的教學理解的要義是:圍繞生物核心概念,以生物學現(xiàn)象和生物學事實為載體,把握核心概念的要素和內(nèi)涵及其外延,領(lǐng)會其教育價值,形成生物學思維方法。

理解生物學科、理解學生心理和理解教學規(guī)律是搞好生物教學的三大基石。其中,理解生物學科應當是首要的。

另外,減輕學生的課業(yè)負擔,關(guān)鍵是要把課教得本質(zhì)、精確、簡明扼要、平易近人,這也與教師的生物學核心概念理解水平緊密相關(guān)。這就要求教師能透過眾多的生物學事實聚焦核心概念,精選生物學事實,揭示生物學核心概念的內(nèi)涵。只有這樣才能引發(fā)學生的學習興趣,使學生在有限的時間內(nèi)學到更本質(zhì)的、有利于終身發(fā)展的生物學素養(yǎng)

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