生物學(xué)概念的形成與發(fā)展對(duì)教學(xué)的啟示

摘 要 生物學(xué)概念有一個(gè)形成和發(fā)展的過(guò)程，在這個(gè)過(guò)程當(dāng)中反映人們對(duì)生命科學(xué)認(rèn)識(shí)的深化。教師可以在教學(xué)當(dāng)中利用概念轉(zhuǎn)變理論進(jìn)行教學(xué)，在教學(xué)中滲透概念形成和發(fā)展的科學(xué)史，使學(xué)生理解科學(xué)的本質(zhì)。

關(guān)鍵詞 生物學(xué)概念 概念轉(zhuǎn)變 科學(xué)史 生物學(xué)教學(xué)

中圖分類號(hào) G633.91 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 B

生物學(xué)概念是人們對(duì)生命科學(xué)認(rèn)識(shí)的反映。生物學(xué)概念的形成和發(fā)展反映著人們對(duì)生命科學(xué)認(rèn)識(shí)的深化。生物學(xué)的進(jìn)步實(shí)際上在很大程度上是概念的發(fā)展。雖然新事實(shí)的發(fā)現(xiàn)也是科學(xué)進(jìn)步的重要象征，但是在生物學(xué)中，概念的改進(jìn)要比新事實(shí)的發(fā)現(xiàn)更能有效地促進(jìn)我們對(duì)生命現(xiàn)象的理解。概念和表象不同，概念反映的是一種理性認(rèn)識(shí)。人們正是依賴概念的這種性質(zhì)而展開思維和行動(dòng)。教學(xué)就是要教會(huì)學(xué)生概念化思考。學(xué)生學(xué)習(xí)知識(shí)，在一定意義上來(lái)說(shuō)，主要是掌握概念和由概念組成的系統(tǒng)。例如，遺傳學(xué)上要弄清自由組合規(guī)律，就必須先弄清一系列概念，如基因、等位基因、基因型、性狀、相對(duì)性狀、表現(xiàn)型。這樣才能促進(jìn)和支持學(xué)生理解和掌握分離規(guī)律。理解生物學(xué)概念的形成與發(fā)展，對(duì)于有效地進(jìn)行中學(xué)生物學(xué)教學(xué)有重要的啟示。

1 生物學(xué)概念的形成

人類認(rèn)識(shí)事物要借助于概念。概念的形成是認(rèn)識(shí)的一次飛躍。概念化是科學(xué)的前提，科學(xué)中的任何陳述都離不開概念。概念反映實(shí)在，可是又不等同于具體實(shí)在，概念抽象地反映一般。就人類認(rèn)識(shí)史而言，概念仍然是從直接經(jīng)驗(yàn)中，經(jīng)過(guò)概括、抽象而形成的。如“細(xì)胞”這個(gè)概念已經(jīng)把許多不同種類、不同形狀、不同大小等特征舍棄了，抽象出“細(xì)胞”的概念。因此，在人們的思維中，對(duì)“細(xì)胞”的概念就是形成了一種概括。

在概念形成過(guò)程中，通常人們對(duì)概念的內(nèi)涵的把握存在重大差別。對(duì)于初中學(xué)生來(lái)說(shuō)，細(xì)胞這個(gè)概念，無(wú)非是了解它是由細(xì)胞膜、細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核組成的。對(duì)于高中學(xué)生來(lái)說(shuō)，還能夠?qū)?xì)胞膜的結(jié)構(gòu)與成分、細(xì)胞質(zhì)中的細(xì)胞器、細(xì)胞核中的染色體等作更加深入的理解。而生物學(xué)家，對(duì)于“細(xì)胞”概念的理解則更為全面和復(fù)雜。

2 生物學(xué)概念的發(fā)展

科學(xué)概念的發(fā)展通常經(jīng)過(guò)兩個(gè)階段。在第一階段由生動(dòng)的直觀上升為抽象概念。如蛋白質(zhì)概念最初的規(guī)定只是4種元素具有特定的比例關(guān)系。細(xì)胞概念最初也只限于細(xì)胞膜、細(xì)胞質(zhì)與細(xì)胞核。在第二階段由抽象概念上升為具體概念階段。就“花”的概念而言，對(duì)各個(gè)具體的花，諸如荷花、牡丹花、菊花、桂花的認(rèn)識(shí)，顯然是為更為一般的分析提供了必要的基礎(chǔ)。然而，又只有由一般上升到了特殊，即揭示出了“花”的內(nèi)涵，并以此為指導(dǎo)去進(jìn)行新的認(rèn)識(shí)，我們才能更為深刻地認(rèn)識(shí)各個(gè)具體的花。

抽象概念是不發(fā)達(dá)的、萌芽狀態(tài)的概念。隨著科學(xué)實(shí)驗(yàn)的進(jìn)展、觀察材料的積累、認(rèn)識(shí)的深入，抽象概念逐漸發(fā)展為越來(lái)越具體的概念。現(xiàn)在，對(duì)于細(xì)胞和蛋白質(zhì)的認(rèn)識(shí)就比較詳盡。因此，抽象概念表現(xiàn)為概念的開端，是概念發(fā)展的起點(diǎn)，而不是終點(diǎn)。

高中生物學(xué)新教材有關(guān)“酶的發(fā)現(xiàn)”的教學(xué)內(nèi)容，就是以科學(xué)史的形式呈現(xiàn)酶的概念。1857年，法國(guó)微生物學(xué)家巴斯德認(rèn)為，釀酒中的發(fā)酵是由于酵母細(xì)胞的存在。德國(guó)化學(xué)家李比希卻認(rèn)為引起發(fā)酵的是酵母細(xì)胞的某些物質(zhì)，后來(lái)他把酵母細(xì)胞只引起發(fā)酵的物質(zhì)稱為釀酶。1926年，美國(guó)科學(xué)家薩姆納從刀豆種子中提取出稱為脲酶的物質(zhì)，后來(lái)他用多種方法證明脲酶是蛋白質(zhì)。此后，科學(xué)家們指出酶是一類具有生物催化作用的蛋白質(zhì)。進(jìn)入20世紀(jì)80年代以后，美國(guó)科學(xué)家切赫和奧特曼發(fā)現(xiàn)少數(shù)RNA也具有生物催化作用。從酶的發(fā)現(xiàn)史，學(xué)生們可以理解“酶”概念形成的思維過(guò)程，了解科學(xué)家對(duì)酶本質(zhì)的認(rèn)識(shí)也是不斷深入和不斷修正的，也有助于學(xué)生理解“酶是活細(xì)胞產(chǎn)生的一類具有生物催化作用的有機(jī)物。”

對(duì)于“光合作用的發(fā)現(xiàn)”，教科書介紹了幾位科學(xué)家所做的工作。1771年，英國(guó)科學(xué)家普利斯特利發(fā)現(xiàn)植物的光合作用能更新空氣。1845年，德國(guó)科學(xué)家梅耶指出，植物在進(jìn)行光合作用時(shí)，把光能轉(zhuǎn)換成化學(xué)能儲(chǔ)存起來(lái)。1864年，德國(guó)科學(xué)家薩克斯通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明，綠葉在光合作用中產(chǎn)生了淀粉。1880年，德國(guó)科學(xué)家恩格爾曼用實(shí)驗(yàn)證明：氧是葉綠體釋放的；葉綠體是光合作用的場(chǎng)所。1939年，美國(guó)科學(xué)家魯賓和卡門利用同位素標(biāo)記法又進(jìn)一步證明：光合作用釋放的氧來(lái)自水而不是來(lái)自二氧化碳。從光合作用的發(fā)現(xiàn)史，學(xué)生了解到“光合作用”是科學(xué)家們經(jīng)過(guò)200多年的艱苦探索才逐步了解的，也有助于學(xué)生深刻地理解“光合作用”的概念。

3 對(duì)生物學(xué)教學(xué)的啟示

“個(gè)體認(rèn)識(shí)的發(fā)展在很大程度上即可被看成人類在整體上的認(rèn)識(shí)發(fā)展過(guò)程的一個(gè)重演或縮影，特別是，學(xué)生在觀念轉(zhuǎn)變上的困難程度與反復(fù)性在很大程度上就與科學(xué)史上新舊觀念的長(zhǎng)期斗爭(zhēng)十分相似”。生物教學(xué)必須幫助學(xué)生學(xué)習(xí)概念化思考，形成理性看世界的視角。這樣，了解生物學(xué)概念的形成與發(fā)展對(duì)于中學(xué)生物學(xué)教學(xué)有重要的啟示。

3.1 利用概念轉(zhuǎn)變理論進(jìn)行教學(xué)

學(xué)生在日常生活實(shí)踐中，對(duì)周圍各種生物現(xiàn)象已經(jīng)形成了自己的觀點(diǎn)，并在無(wú)形中形成了獨(dú)特的思維方式。這種在接受正規(guī)的科學(xué)教育之前所形成的概念一般稱之為前概念。對(duì)于前概念，自20世紀(jì)70年代以來(lái)，西方一些從事科學(xué)教學(xué)研究的學(xué)者經(jīng)過(guò)大量的研究后發(fā)現(xiàn)，這些前概念中有些是對(duì)客觀世界的樸素概念，更多的則與科學(xué)概念相悖。在生物學(xué)教學(xué)中，同樣會(huì)產(chǎn)生各種各樣的前概念。例如，認(rèn)為植物的莖一概位于地上部分，根都是位于地下部分，認(rèn)為黃鱔與蛇都是爬行動(dòng)物，鯨是魚類，把肉質(zhì)可食的果皮叫做果實(shí)等。于是，就涉及到這樣的一個(gè)事實(shí)：學(xué)生的頭腦不應(yīng)該被看成一個(gè)“空的容器”或“一塊白板”，恰恰相反，學(xué)生對(duì)于自然現(xiàn)象有自己的樸素認(rèn)識(shí)。從這個(gè)意義上來(lái)說(shuō)，在進(jìn)行生物學(xué)教學(xué)時(shí)，教師應(yīng)該有“概念轉(zhuǎn)變”意識(shí)。

一般來(lái)說(shuō)，學(xué)生頭腦中的前概念尤其是錯(cuò)誤的前概念會(huì)妨礙新知識(shí)的理解。就認(rèn)識(shí)論方面來(lái)說(shuō)，建構(gòu)主義的教學(xué)觀認(rèn)為，一個(gè)原來(lái)的概念要發(fā)生順應(yīng)需要滿足4個(gè)條件：對(duì)現(xiàn)有概念的不滿；新概念的可理解性；新概念的合理性；新概念的有效性。認(rèn)知心理學(xué)和科學(xué)哲學(xué)現(xiàn)代研究的一個(gè)重要結(jié)論就是：對(duì)于已有的概念的錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)往往不足以造成相應(yīng)的改變，因?yàn)椋绻麤](méi)有適當(dāng)?shù)奶娲铮藗兙腿匀豢赡軐?duì)于已得到的錯(cuò)誤性或不足之處持容忍的態(tài)度。由此可以看出“概念轉(zhuǎn)變”在教學(xué)當(dāng)中的重要性。

3.2 在教學(xué)中滲透概念形成和發(fā)展的科學(xué)史，使學(xué)生理解科學(xué)的本質(zhì)

概念形成和發(fā)展的科學(xué)史，顯示科學(xué)是動(dòng)態(tài)產(chǎn)生的過(guò)程。學(xué)生通過(guò)概念形成和發(fā)展的科學(xué)史學(xué)習(xí)，有利于培養(yǎng)學(xué)生敢于質(zhì)疑的科學(xué)態(tài)度，逐步形成科學(xué)的世界觀。中學(xué)生物學(xué)教育應(yīng)該具備兩個(gè)最基本的目標(biāo)：學(xué)習(xí)有關(guān)生物學(xué)科學(xué)知識(shí)以及了解生物學(xué)科學(xué)的本質(zhì)形成相應(yīng)的科學(xué)觀念。謝金指出，“如果科學(xué)對(duì)你而言是神奇的，那么你就不可能具有科學(xué)素養(yǎng)。”概念的形成本身就是一個(gè)歷史的、動(dòng)態(tài)的、發(fā)展的過(guò)程。科學(xué)家們首先形成一個(gè)概念定義的假設(shè)，然后，根據(jù)他們所遇到的肯定和否定的例證對(duì)這個(gè)假設(shè)進(jìn)行反復(fù)檢驗(yàn)，只要有一個(gè)例子不支持既定的假設(shè)，就要對(duì)先前形成的概念進(jìn)行修正。

就一個(gè)新的生物學(xué)概念的認(rèn)識(shí)而言，僅僅停留于對(duì)有關(guān)定義的機(jī)械記憶上顯然是不夠的。由于概念并非現(xiàn)實(shí)世界中的真實(shí)存在，而只是抽象思維的產(chǎn)物，因此，對(duì)于任何一種生物學(xué)概念的認(rèn)識(shí)，如果我們不能在思想中去“建構(gòu)”，靠機(jī)械記憶是不可能獲得真正的生物學(xué)知識(shí)，更不可能理解科學(xué)的本質(zhì)。滲透概念形成和發(fā)展的教學(xué)，再現(xiàn)了知識(shí)的發(fā)生過(guò)程，變結(jié)論式教學(xué)為過(guò)程式教學(xué)。這樣，在呈現(xiàn)概念形成和發(fā)展的科學(xué)史過(guò)程中，學(xué)生能夠沿著生物學(xué)家探索生物世界的道路，理解生物學(xué)概念和科學(xué)研究的方法，學(xué)習(xí)生物學(xué)家的科學(xué)精神，使學(xué)生構(gòu)建自身的知識(shí)體系成為可能。這樣的教學(xué)既傳授了知識(shí)，培養(yǎng)了學(xué)生的科學(xué)思維懷疑、批判和創(chuàng)新能力，也有助于學(xué)生理解科學(xué)的本質(zhì)。

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