例談教學中的生物學概念與事實

沈兆瑞 陳 虹

(天津市武清區楊村第一中學 天津 301700)

生物學概念是對生物的結構、功能以及生命現象進行的綜合性闡述，在教學中處于核心地位[1]。《普通高中生物學課程標準(2017年版)》中明確要求“所有教學活動都應該有利于促進學生對生物學概念的建立、理解和應用”。概念的形成基于對事實的觀察，前者是對后者共同之處進行抽象、歸納后的總結性陳述。教師應充分利用教材和日常生活中的生物學事實來幫助學生理解概念。然而，概念的形成并非一蹴而就，即使是對相同事實的概括也存在人為因素的差異。因此，在教學過程中，應引導學生正確描述事實，建立科學概念。

1 概念的形成離不開事實的支撐

目前使用的人教版、浙科版和中圖版等教材中均穿插著豐富的生物學事實，并以表格、插圖和學科史等多種形式呈現。教師在處理概念和事實的關系時，常采用“先概念，后事實”的教學模式，即先以概念構建知識框架，再通過典型事實提供支撐。該模式雖然能為知識的傳授提供幫助，但在培養學生的科學思維上稍顯乏力。

例如，在呈現概念“原核細胞與真核細胞的最大區別是原核細胞沒有由核膜包被的細胞核”時，上述模式固然能讓學生記住該概念，但是沒有增強學生對客觀事實的觀察和總結能力。針對以上問題，可嘗試“先事實，后概念”的教學策略： 先為學生提供豐富多樣的生物學事實： 光學顯微鏡下大腸桿菌、酵母菌、狗的骨骼肌細胞以及蠶豆葉表皮細胞的照片。引導學生對上述細胞進行結構上的觀察，并描述異同之處。學生結論如下： 酵母菌、狗骨骼細胞、蠶豆葉表皮細胞的細胞內都有明顯的結構——“細胞核”，而大腸桿菌沒有。進一步利用人教版教材中的插圖——“大腸桿菌的電鏡照片”，指出大腸桿菌的亞顯微結構中只存在“無核膜包被”的擬核區域，而無成形的細胞核。最終完成從事實到概念的教學設計。

這種通過對生物學事實進行觀察、總結而得出概念的教學模式，不僅加深學生在知識層面上的理解，而且有益于其科學思維的鍛煉。

2 概念的產生有助于事實的理解

概念的產生是形成知識體系的必經之路，與零散的事實不同，概念是對多個客觀事實觀察后所進行的原理性、概括性陳述。近幾十年來，生物學的發展速度令人驚嘆，不計其數的生物學事實井噴式涌出。伴隨而來的問題是： 如何在既定的學段內完成知識體系的構建，進而形成生命觀念呢？新課標中強調，高中課程內容應該少而精，將生物學知識以“大概念”的形式串聯起來，有利于學生在高中階段最有效地掌握生物學概念和典型事實[2]。

例如，以人教版教材必修3中的“穩態”一節為例。該概念最早僅用于描述內環境在調節機制下維持相對穩定的狀態，而隨著學科的發展，人們發現穩態可應用于各個生物學領域： 分子水平上，基因的表達受到多種機制的調控以維持正常水平；個體依賴神經—體液—免疫調節網絡來維持內環境的穩定；從生態系統角度來看，生物成分與非生物成分相互影響并通過自我調節保持相對穩定的狀態。由此可見，不同領域的事實可歸納出相同的要素，概念的產生有助于人們理解事實的本質。

因此，在教學過程中重視事實的同時，也要訓練學生利用生物學概念構建屬于自己的知識體系。以概念為框架，用事實做支撐，培養學生的生物學核心素養。

3 科學假說是連接概念與事實的橋梁

起初生物學事實多源于對客觀世界的直接觀察，隨著實驗生物學的興起，人為控制的科學實驗也成為事實的重要來源之一。縱觀學科史，任何概念的形成都不會一帆風順，在探究真理的道路中，科學假說發揮著不可或缺的作用。與憑空猜想不同，科學假說的提出必須建立在事實之上。如圖1所示，假說是對多個事實進行分析、歸納、比較和推理而得出的科學推論。在成熟的概念形成之前，科學家依據既有事實提出一種或多種假說，并對未出現的事實進行推導與預測。不斷被證實的假說會逐漸衍化為成熟的概念，反之則不然。

圖1 事實、假說與概念的關系圖

例如，以生物膜“流動鑲嵌模型”一節為例，人教版教材中提供了如下事實： ①19世紀末，歐文頓通過植物細胞的通透性實驗，提出“膜是由脂質組成”；②20世紀初，通過對哺乳動物成熟紅細胞膜成分的分析得知“膜的主要成分是脂質和蛋白質”；③荷蘭科學家將人紅細胞中的脂質提取后平鋪于水面，通過比較單分子層與細胞的表面積，得出“細胞膜中的脂質分子的排列必然為連續的雙層”；④細胞膜結構的電鏡照片顯示出“暗—亮—暗”的三層結構。

在上述事實的基礎上，羅伯特森提出著名的“蛋白質—脂質—蛋白質”模型，并在該假說中對細胞膜的主要成分及其大致分布情況進行了正確的描述。然而，隨著科學技術的發展，新事實的出現不斷對上述假說提出質疑。20世紀60年代，冷凍蝕刻電鏡的觀察結果推翻了“蛋白質對稱分布”的假說內容。不久之后，細胞膜的流動性首次由人鼠細胞融合實驗所證實，也徹底為羅伯特森所提出的“細胞膜是靜態的統一結構”劃上終止符。新的事實促使桑格與尼克森于1972年提出新的假說——“流動鑲嵌模型”。此后，該模型被大量事實所證實，逐漸衍化為成熟概念并被廣泛接受和應用。

為了更好地讓學生參與“從事實到概念”的推導過程，并從中體會科學假說在兩者之間所起的橋梁作用。可設置如下問題： ①體會“蛋白質—脂質—蛋白質”假說內容的科學性，并舉例說明它的事實依據；②描述“細胞膜是靜態的統一結構”的錯誤之處并舉例說明；③學習完細胞膜結構的探索歷程之后，討論并評價羅伯特森的假說在該過程中的過渡作用。

上述推導環節有助于學生更加系統地學習“流動鑲嵌模型”概念和相關事實，后續的提問和探討環節能讓他們體會到概念的產生是曲折、反復和耐人尋味的，豐富其學科情感。

綜上所述，在整個高中學段內： 一方面應提倡概念教學，完成知識體系的構建；另一方面，要為學生提供具有代表性的事實作為支撐，避免對概念產生空洞的理解。教師應幫助學生厘清生物學事實與概念的關系，培養學科思維，進而為其生物學觀念的形成奠定基礎。