基于概念認知結構的高中生物學復習教學實踐

陳燕 謝志華

摘 要 以“生物的變異”專題復習為例，總結高中生物學重要概念復習教學中需要把握的三個要點，即以學生的概念認知結構為 出發(fā)點，深入分析學情，尋找學生的認知“難點”;引導學生開展合作探究學習，突破自身學習的“極點”;指導學生建立“個 人解題檔案”，充實概念認知結構的“節(jié)點”;從而引導學生深度學習，建構概念認知結構，發(fā)展生物學學科核心素養(yǎng)。

關 鍵 詞 概念認知結構;復習教學;生物的變異;認知難點;合作探究學習

《普通高中生物學課程標準（2017年版）》（以下簡 稱《課程標準》）的重要特點之一是以生命觀念統(tǒng)領課 程內容，強化學生理解和融會貫通生物學知識，聚焦 “大概念”，體現(xiàn)“少而精”的教學原則，要求教師的教 學活動精簡容量，突出重點，讓學生在深刻理解生物 學概念的同時發(fā)展生物學學科的核心素養(yǎng)。筆者通 過高中生物學教學實踐與研究，總結出生物學概念復 習教學的三“點”：一是深入分析學情，尋找學生的認 知“難點”，并根據《課程標準》設計合理的教學目標; 二是引導學生開展合作探究學習，使得學生充分交流 所建立的知識結構，進行相互補充與完善，突破自身 學習“極點”;三是指導學生建立“個人解題檔案”，充 實概念認知結構“節(jié)點”，即學生存在的概念易混點、 易錯點和缺漏點等，并運用所學的生物學概念解決實 際問題。

一、深入分析學情，尋找認知“難點”

（一）概述概念認知結構

學生對概念的認知存在層級水平差異，分為輪軸 狀認知結構、鏈條狀認知結構和網絡狀認知結構。^{[ 1 ]}

1.輪軸狀認知結構

輪軸狀認知結構是指認識次位概念和重要概念 之間的關聯(lián)，但次位概念之間是孤立的，呈現(xiàn)單一的 層級水平，停留于比較簡單的機械性記憶水平，不會 辨析概念差異，知識的保持性及遷移性差。例如，有 些學生僅認識到重要概念“可遺傳變異”包括“基因突 變”“基因重組”和“染色體變異”等次位概念，但沒有 真正理解“可遺傳變異”的實質是遺傳物質發(fā)生改變， “基因突變”“基因重組”和“染色體變異”僅是生物體 中遺傳物質改變的形式，因此不會分析環(huán)境條件發(fā)生 何種改變能引起“可遺傳變異”或“不可遺傳變異”。

2.鏈條狀認知結構

鏈條狀認知結構表現(xiàn)為概念之間的層次關系有 所增加，認知深度有所提升，但是概念之間是一種線 性的鏈條狀關系。^[1]這種概念體系使得知識無法長期 保存，解決實際問題時，無法靈活運用，遷移性差。例 如，關于重要概念“誘變育種”，學生能記住其原理是 次位概念“基因突變”，但無法將“誘變育種”產生新性 狀的原因與“DNA分子中堿基對的增添、缺失和替換， 導致基因結構發(fā)生改變”這一“基因突變”概念內涵相 聯(lián)系，因此無法認識到“誘變育種”實質是導致“基因 種類發(fā)生改變，產生新基因”。同時，不能將“誘變育 種”與次位概念“生殖隔離”這一物種判斷標準相聯(lián) 系，誤認為誘變育種產生的具有新性狀的生物是“新 物種”。

1. 網絡狀認知結構

網絡狀認知結構比較復雜，不僅所認知的概念數(shù) 量有所增加，而且重要概念與次位概念、次位概念之 間皆建立聯(lián)系，形成大的、可以解決豐富情境中問題 的概念“組塊”。^[1]這是期望學生掌握的概念認知結 構，其具有良好的遷移性，有利于學生自如地運用所 學的概念分析復雜的生物學現(xiàn)象、解決實際問題。

例如，分析“加熱殺死的S型肺炎雙球菌冷卻后與 活的 R 型肺炎雙球菌混合，再注射入小鼠體內，則小 鼠死亡的原因”時，部分學生能夠將分散于4本人教版 高中生物》必修與選修教科書中的相關概念整合為 網絡狀認知結構，并靈活運用作出分析：①S型肺炎雙 球菌被加熱殺死時，蛋白質變性失活，無法繼續(xù)承擔 生命活動，細胞表現(xiàn)為死亡， DNA 分子在加熱時也發(fā) 生雙鏈解旋變性，但冷卻后可以自動復性，適當條件 下仍然具有生物活性。②當外源DNA分子達到一定 的濃度時，R型肺炎雙球菌能吸收外源DNA分子進入 細胞，從而使R型肺炎雙球菌的基因與S型肺炎雙球 菌的基因發(fā)生基因重組，導致R型肺炎雙球菌轉化為 S型肺炎雙球菌。③S型肺炎雙球菌有莢膜結構，使其 不容易被小鼠的免疫系統(tǒng)清除，從而能在小鼠體內得 以大量繁殖，使小鼠患敗血癥死亡。 ④由于自然轉化 率不高，可推測在死亡的小鼠體內應該還存在活的R 型肺炎雙球菌。可見，網絡狀認知結構有利于概念間 的聯(lián)系與遷移應用，幫助學生從分子水平解釋生命現(xiàn) 象，認識生命的本質，學會用生命觀念認識生物的多 樣性、統(tǒng)一性、獨特性和復雜性，形成科學的自然觀和 世界觀。^[2]

（二）尋找學生的認知“難點”

通過深入分析學生的概念認知層級水平、研讀 課程標準》的要求，尋找學生的認知“難點”，有利于 教師準確掌握學情，設計與實施有針對性的教學，避 免出現(xiàn)認知層級低的學生“聽不懂”、認知層級高的學 生“吃不飽”的現(xiàn)象，讓全體學生皆有課堂參與感與收 獲感，減少課堂教學時間的浪費，提高教學效率。

例如，根據《課程標準》要求，“生物的變異”專題 復習中的重要概念是“由基因突變，染色體變異和基 因重組引起的變異是可以遺傳的”。在這個重要概念 下有6個次位概念，其中，《課程標準》要求學生能夠 準確掌握次位概念“基因突變”“基因重組”等，并能靈 活運用于解釋有關生物現(xiàn)象?；趯W生認知結構 的深入分析，發(fā)現(xiàn)學生形成了有關“生物的變異”混合 式的認知結構，概念體系存在缺漏和聯(lián)系不夠穩(wěn)固的 現(xiàn)象。學生比較容易混淆的概念有“基因突變”與“染 色體結構變異”中的“缺失”及“重復”“基因重組”與染 色體結構變異中的“易位”及基因重組的實質和成因 等。學生繪制的概念圖僅體現(xiàn)這些概念之間的簡單 聯(lián)系，反映了學生對概念之間的聯(lián)系認識尚不穩(wěn)固， 無法從整體水平把握概念和概念之間的聯(lián)系，還需提 高概念理解能力與運用能力。因此，筆者設計“生物 的變異”專題復習教學目標為：①通過對基因突變現(xiàn) 象的分析，闡明正常的生命信息及其表達是生物體正 常生長、發(fā)育、繁殖等的保證。舉例說明生命因遺傳 而延續(xù)，因變異而多樣。②構建、展示與評價“生物的 變異”概念圖，發(fā)展歸納能力和建模能力。 ③嘗試分 析基因突變及基因重組的成因，說明基因重組與雜交 育種的關系、基因突變與誘變育種的關系，發(fā)展“結構 與功能觀”“進化與適應觀”等生命觀念。 ④合理解釋 細胞癌變、人類遺傳病等生命現(xiàn)象，養(yǎng)成健康的生活 習慣并且向他人宣傳關愛生命的觀念和知識。

二、引領合作交流，突破學習“極點” 高三復習階段，學生容易出現(xiàn)“每次考試發(fā)生的 問題相似、難以有所突破”等學習“極點”現(xiàn)象。為此， 應根據維果斯基的“最近發(fā)展區(qū)理論”及學生學情，通 過組織小組討論等合作交流活動，使得學生保持較高 的學習熱情，讓教學走在學生發(fā)展的前面，幫助學生 突破學習“極點”。

例如，在“生物的變異”專題復習課上，教師展示 了學生構建的基因突變與基因重組概念圖（如圖2、圖 3）?；蛲蛔兏拍顖D總結了關于基因突變的定義、實 例、原因、特點及意義，但沒有抓住基因突變概念的內 涵，即堿基對的替換、增添和缺失使得DNA分子中儲 存的遺傳信息發(fā)生改變，從而有可能導致其所決定的 氨基酸種類改變，進而使得生物的性狀發(fā)生改變，也 沒有體現(xiàn)基因突變與相關概念間的聯(lián)系。因此，教師 組織學生小組討論，幫助學生認識：堿基對缺失與染 色體結構變異中“缺失”的區(qū)別、堿基對增添與染色體 結構變異中“重復”的區(qū)別在于“基因突變”的觀察對 象為“堿基對的種類或數(shù)量”而染色體結構變異的觀 察對象為“基因的數(shù)量或基因的排列順序”等。經過 展示、交流，學生相互評價，促進學生理解基因突變的 實質、基因突變與染色體結構變異的區(qū)別及基因突變 引起生物性狀發(fā)生改變的原因等學習難點，完善概念 認知結構，突破學習“極點”。接著指導學生進一步分 析染色體結構變異與基因突變示意圖（如圖4），及時 鞏固基因突變與染色體結構變異等相關概念，使得學 生在識記概念的同時深入認識概念的內涵，培養(yǎng)學生 思維的靈活性和發(fā)散性，建立穩(wěn)固的概念認知結構。 此外，指導學生重點分析基因重組的相關概念 生物學教學，幫助學生認識基因重組與生物進化間的聯(lián)系，并 創(chuàng)設問題情境：基因重組如何為生物進化提供材料？ 組織學生查閱教科書、開展小組討論，指導學生得出： 基因重組可增加生物有性生殖后代的性狀組合類型， 為生物進化提供更加豐富的可選擇的材料。

• 實例：鐮刀型細胞貧血癥 概念

包含1自發(fā)突變 原因-

¹-誘發(fā)突變

• 特點：普遍性、隨機性、

不定向性、低頻性

圖2“基因突變”概念圖

概念

發(fā)生時期：有性生殖過程 特例：肺炎雙球菌轉化實驗 意義：生物變異來源之一

圖3“基因重組”概念圖

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圖 4 染色體結構變異與基因突變示意圖 通過小組討論，師生之間、生生之間合作與交流， 實現(xiàn)對概念的深加工和精加工，不斷完善概念認知結 構。進一步組織學生總結“生物的變異”概念圖（如圖 5）。相信通過合作學習形成的概念認知結構能深深 地“印”在學生的腦海中，同時發(fā)展了學生的建模能力 與科學思維能力。

三、導向概念應用，充實網絡“節(jié)點”

高三復習階段，學生往往將大量時間花費于重復 的題型，卻不見成效，教師可指導學生建立“個人解題 檔案”，不僅把自己做錯的題整理成集，而且要將解題 錯誤的原因和重要解題思路整理成集，充實概念認知 結構網，“學透”概念，“用活”方法，這樣才能從“題?！?中成功上岸。

例如，解答2018年全國卷I第6題需要學生聯(lián)系 所學的“肺炎雙球菌的轉化實驗”的相關內容和“基因 重組”的實質才能判斷 D 選項是正確的，并能運用 “DNA是主要的遺傳物質”一節(jié)學習建立的正確認識 “有細胞結構的生物以DNA為遺傳物質”來判斷突變 體M的RNA不是遺傳物質，無法進入突變體N細胞， 更不可能使突變體N發(fā)生轉化，從而判斷C選項說法 不合理。選項B考查學生對基因突變產生的原因和 特點的理解。選項A則考查基因對生物體性狀控制 的途徑，基因通過控制酶的合成進而控制代謝，間接 地控制生物的性狀等。該試題要求學生“吃透教科 書”，深刻理解“DNA是主要的遺傳物質”“基因重組的 實質”“基因突變產生的原因和特點”“基因對生物性 狀的控制”等重要概念，并形成正確的概念認知結構， 解題時才能快速建立生物現(xiàn)象與概念之間、概念與概 念之間的聯(lián)系，找到解決問題的方法。

總之，在高中生物學概念復習教學時，應以生命 觀念為出發(fā)點，引導學生建立正確的概念認知結構， 使知識、技能結構化，深刻認識概念“本質”，形成概念 模型。^[3]通過合作探究學習 ，促進學生通過表達和交 流，完善概念認知結構。并通過相關高考試題練習 ， 幫助學生運用所學的生物學知識解決實際問題，充實 概念認知結構中重要的“節(jié)點”，提高分析問題解決問 題能力，發(fā)展生物學學科核心素養(yǎng)。

參考文獻：

1. 段金菊，余勝泉.學習科學視域下的e-Learning深度 學習研究[J].遠程教育雜志，2013（4）：43-50.
   1. 劉恩山 . 普通高中生物學課程
   2. 標準（2017 年版）解讀 [M]. 北京：高等教育出版社，2018：2-3.
   3. 英〕溫·哈倫.以大概
   4. 念理念進行科學教育[M].韋鈺， 譯. 科學普及出版社，2016：1-2.

（責任編輯：陳欣）