例谈高中生命科学概念形成和发展的有效教学策略，本文主要内容关键词为：生命科学论文,概念论文,高中论文,教学策略论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
生命科学是研究生命现象及其活动规律的一门自然科学，是通过一系列概念来分析、判断、综合和推理并揭示生命基本规律的学科。因此，生命科学概念是本学科知识的基本单位和思维的基本形式。在一定意义上说，学生学习生命科学知识主要是掌握概念和由概念组成的系统，并在概念学习中促进思维能力和积极情感态度的发展。为此，高中生命科学概念教学面临双重任务，即概念的形成和概念的发展。概念形成是概念教学的第一步，重在对概念的建立和本质属性的理解。概念发展则是在概念形成基础之上的提升，注重概念在更高层次的应用，并探究概念与概念之间的逻辑联系，在构建概念体系中达成对概念的有效迁移。
一、有效呈现刺激材料，引发学生对概念的建构
学生对事物的认知是一个从感性到理性的过程，先有了感性认识，然后才逐步深入地进行理性思考，最终建构相对抽象的科学概念。学生的这种认知特点需要教师提供感性学习材料，即刺激材料，通过多层次的阐述，引发学生对概念的主动建构。否则，面对概括性高又抽象的概念，大部分学生会由于缺乏相应的感知经验和内在驱动而感到吃力和厌烦，最终对概念的建构也就停留在死背定义、识记要点。
（一）播放科普视频，感知生命现象
影音资源生动形象，富有感染力，不仅能激发学生求知欲望，使他们集中学习注意力，而且具有表现事物细节和微观世界的特点。教师应呈现变化多端的生命现象，准确反映生命活动的过程，帮助学生建构与之相关的抽象概念。例如，在学习“皮肤感受器”这一概念时，笔者播放了一段关于皮肤的科普视频。视频形象真实地呈现出皮肤中感受各种不同刺激的感受器结构及功能。视频结束后，笔者让学生陈述他们刚才所获取的信息，并提炼出皮肤感受器的结构就是神经末梢，功能就是将各种刺激转换成电信号（神经冲动），沿着神经传递给大脑，至此学生头脑里已经主动建构起“皮肤感受器”的概念。
当然，视频在呈现丰富多彩画面的同时，也可能传递了无关信息，如果不加鉴别，便会成为学习者学习的干扰因素。因此教师要适当加工处理视频素材或在播放前提供一些导视问题，帮助学生获取建构概念的有效信息。
（二）实施探究实验，观察解释现象
《上海市中学生命科学课程标准》提出了“强化科学探究，提倡学习方式的多样化”的课程理念。因此，在教师指导下，让学生围绕一定情境或问题展开小型而又简易的探究性实验，引发学生对抽象科学概念学习的兴趣，是一个主动的、积极的和有意义的学习过程。在探究实验中，学生要针对特定的内容进行探究活动，他们需要识别变量、观察现象、建立事物之间的联系、概括规律，这是引入新概念的重要前提。探究实验完成后，学生要用自己的语言初步解释探究结果，最后教师小结、归纳科学的概念。
例如，学习“细胞膜”知识时，有一个重要但却非常抽象的概念是“由于活细胞膜具有选择透过性，所以能够控制物质进出细胞”。为了让学生对活细胞膜的选择透过性有一定的感性认识，笔者指导学生动手做了一个探究性小实验：将等份的酵母细胞和高温煮沸的酵母细胞分别浸在含有蓝色染料的溶液中，标号为A、B，一段时间后注意观察酵母细胞的颜色和周围染料的颜色。实验结束后，请学生思考：煮沸对酵母细胞有什么影响？为什么细胞在不同条件下会呈现不同颜色？细胞膜是选择透过性膜吗？为什么？正是有了对实验现象的观察、解释和推断，学生才能真正建构起这一概念。
（三）演示案例材料，创设问题情境
利用案例材料创设学习情境，围绕即将学习的重要概念，教师提出一个或几个值得探讨和思考的指向重要概念的问题，经师生分析讨论后引出并建构概念。
例如，学生对于拓展型课程“酶工程”中“固定化酶”概念是陌生的。教学中笔者先演示呈现了运用固定化酶技术生产高果糖浆的案例材料，在学生已有一些酶的应用知识基础之上，引导学生分析讨论3个问题：如何降低生产成本？如何减少葡萄糖异构酶使用量？如何解决葡萄糖异构酶的回收问题？当学生提出能否将酶固定在某种介质上重复使用时，笔者引出固定化酶概念，学生在理解的基础上自然接受了。
呈现的案例材料可以来源于学生的日常生活、社会生活和生产、科学进展或新闻报道等各个方面，事例要鲜明突出，最好能吸引学生的注意，引发学生的思考，并与要建构的重要概念联系起来；情境中教师应设置值得学生讨论的问题，从而激发学生主动建构概念的积极性。
二、有效揭示内涵外延，强化学生对概念的理解
概念内涵是指反映概念所指对象的本质属性的总和；而外延是指概念所反映的对象的全部范围。透析概念内涵就是要明确概念的本质属性，明确概念外延就是要清楚概念的适用范围，这也是最终掌握和应用概念的前提。所以在建构概念之后，教师要设法有效揭示内涵外延，强化学生对概念的理解，同时促进学生思维品质和学习能力的提升。
（一）设计问题串，分析概念要素
概念是对事物本质属性的反映，阐明一个概念就要揭示出反映事物本质属性的概念要素。教学时教师通过一定的事实资料和问题，引导学生分析概念要素。这样学生不仅可以对最初的概念重新定义，直到该概念涵盖更多的属性，从而使之更为精确，在此基础上也有效理解了概念的内涵。
例如，在“抗体”概念教学时，笔者通过设置与概念要素相关的问题串组织教学，既增进了学生学习概念的兴趣，促使他们体验概念形成的过程，又帮助学生深刻理解了概念，具体教学过程见表1。
教师围绕概念的本质属性，精心设计不断递进的问题串，引导学生的思维不断走向深入，更好地实现了对概念内涵的理解。在设置问题串时，要把握问题串的核心——概念要素展开，形散而神不散，同时合理选取和加工创设问题的素材。
（二）利用对比辨析，突出关键特征
辨析的目的是掌握同类事物的共同属性和相关概念间的联系和区别，可以避免类似概念的干扰。因此对一些相近或关系密切的概念，教师可引导学生对比它们的关键特征，经过同中求异和异中求同的辨析，使学生明确这些概念的异同点，从而能将它们科学有效地区分，使概念的内涵外延更清晰。
例如，在“染色体畸变”一节中“单倍体”概念是从成因来定义的，并且极为抽象，易与一倍体、二倍体、多倍体相混淆。因此，教学中教师首先通过介绍单倍体生物雄蜂的形成过程，使学生领悟单倍体的实质是由配子直接发育成的个体；接着从单倍体的具体实例入手，通过引导学生对比三个物种体细胞和配子中的染色体数与单倍体体细胞中染色体数的关系，进而准确建立单倍体概念；然后讨论辨析“体细胞含3个染色体组的香蕉与六倍体小麦花药离体培养出来的含3个染色体组的小麦植株能否都称为三倍体”，进一步明确了单倍体的适用范围；最后再利用表2进行比较，突出了单倍体在个体发育起点和体细胞中染色体数目等方面的关键特征，有效揭示了其内涵外延，强化了学生的理解。
（三）辨别多种特征，界定概念外延
重要概念的形成需要例证的支持，而学生对各种例证的辨别则可使他们更准确地掌握概念。概念的例证包括正例、反例和特例三个方面。概念的正例是指代表某概念所有本质属性的具体事物或对象，所有正例组成的集合就是该概念的外延。概念的反例指的是不具有该概念本质属性的具体事物或对象，即不在这一概念的外延之中。概念的特例是指属于该概念的外延之中，但它不具有或不完全具有该概念所反映的本质属性。在概念教学中，教师可有意识呈现一些重要概念的各种例证，让学生来考察辨别从而界定概念的外延。
例如，遗传学中“基因重组”的概念是这样描述的：生物体在有性生殖过程中，控制不同性状的基因之间的重新组合，结果使后代中出现不同于亲本性状的类型。教学中在基本建立起这一概念后，笔者呈现了4个例证让学生考察辨别是否属于基因重组：
①“一母生九子，九子各不同”的主要原因（正例——加深对概念内涵中“有性生殖”、“基因重新组合”、“性状不同于亲本”的理解）。
②百年前首次发现的禽流感现已产生H5N1、H7N7、H9N2和最新的H7N9等多种类型的原因（反例——病毒繁殖不通过有性生殖，也即无基因重组）。
③图1中甲和乙表示发生在常染色体上的变异。判断甲和乙所表示的变异类型（正例——甲表示同源染色体间片段交换，属于基因重组；反例——乙表示非同源染色体间片段移接，属于染色体易位）。
④转入细菌抗虫基因的抗虫棉花（特例——转基因并不通过有性生殖来实现，但在分子水平实现了不同生物的基因重组，并获得新的遗传性状）。
在辨别例证的过程中，正例强化了概念内涵的理解，反例明晰了概念外延的界定，特例则丰富了概念外延的拓展。
三、有效设置反馈练习，注重学生对概念的应用
学生在形成新概念后，不能只停留在记忆、理解水平上，而要学会应用，即利用概念去尝试解决问题或解释新现象。注重生命科学概念的实际应用，不只是将抽象的科学概念具体化，丰富和深化概念，更重要的是促进学生思维能力和积极情感态度的发展。
（一）运用变式训练，增强思维的效能
从记忆、理解概念向概念应用转化的最重要教学条件是在相似的情境和不同的情境中练习，即变式训练。变式训练的实质是把握住概念的本质属性不变，而适当变化概念的非本质属性，如情境、条件性知识等，也就是概念的正例变化，使学生从不同的角度和方法去理解概念，增强思维的效能，提高学生应用概念的自主性和灵活性。
例如，“染色体组”是染色体数目变异中一个重要的核心概念，对此概念的一个重要应用就是能准确判断某生物体细胞中染色体组的数目，理解生物染色体的倍性。教学中笔者从4个方面设计变式训练来帮助学生如何应用“染色体组”概念作出判断。
（1）根据同源染色体中染色体数判断。
变式1：判断细胞中染色体组数及每个染色体组中染色体数目（图2）。
（2）根据基因型判断。
变式2：图3所示为4个基因型不同的生物体细胞，请判断细胞中染色体组数目。
（3）根据染色体数目和染色体形态数判断。
变式3：韭菜的体细胞中有32个染色体，共有8种形态。韭菜应是_____倍体。
（4）根据配子或单倍体的染色体组数来推算。
变式4：用花药离体培养出的单倍体水稻植株，当它进行减数分裂时，观察到染色体能两两配对联会。据此现象可推知产生花药的水稻体细胞含有染色体组数是_____个。
（二）联系生活实例，升华生命的体验
生命科学教育中的情感态度有丰富的内涵：情感更强调学习过程中的内心体验；态度更关注一种积极的生活态度。生命科学教育中热爱生命、珍惜生命方面的教育价值也是其他学科课程所不可替代的。因此，在某些生命科学概念形成后，教师要拓展应用到真情实感的课外生活中去，使学生对生命的情感、态度体验得以升华。
例如，在“突触传递”这一重要概念形成后，笔者联系生活实际设计了如下反馈练习：
反馈练习：镇静剂的滥用及其对健康的影响。
众所周知，镇静剂可抑制中枢神经系统的活动。所有的中枢神经系统镇静剂都可以减轻焦虑，大多情况下都会产生明显的镇静作用。
如今，被滥用最严重的镇静剂之一是酒精。酒精来源于各种谷物、水果的发酵，可以通过血液分布到全身。与其他药物一样，酒精可阻断脑部细胞间的信息传递。对酒精作用的耐受（是指由于不断的接触酒精，从而脑细胞对于酒精的敏感性降低）会导致过量饮酒。对酒精的依赖性即酒精中毒，会破坏神经细胞的结构，引起脑部损伤。
请结合所学突触传递的知识和图4，推测酒精是如何发挥镇静作用的。
反馈练习的设计注重突触传递概念形成的有效性和开放性，让学生体验到“突触传递”知识在关注健康、珍惜生命等现实生活问题上的价值，这是生命科学概念在更高层次上的应用。
四、有效整合相关概念，引导学生对概念的迁移
现代认知心理学认为知识的迁移可以看成先前形成的知识在后续学习中的应用，而生命科学概念是生命科学学科思维的基本单位，师生交流的基本语言，知识迁移的基础。因此，在高中生命科学概念教学中，教师可先引导学生有效整合认知结构中的原有概念，通过意义建构形成相关概念图，达成对概念的有效迁移；然后再运用概念图作为先行组织者（先于学习任务本身呈现的一种引导性材料），为后续相关新知识的学习奠定概念基础，最终促进新知识的迁移学习。
例如，“有丝分裂”涉及生命的微观领域，教学内容理论性强且抽象难懂，但其主要任务是要将遗传物质平均分配至2个子细胞中，所以教学关注的重点应是染色体的形态和数量的规律性变化，那么理清染色体（质）、染色单体、着丝粒、DNA、蛋白质等概念之间的关系是学习有丝分裂过程的关键。因此，教学中笔者先引导学生形成相关的概念图（图5），再作为学习有丝分裂的先行组织者，促进学生的有效学习。
总之，高中生命科学概念形成和发展的有效教学策略是相互联系、相互补充甚至是相互重叠的。在教学实践中，教师要根据高中学生的认知水平，根据所教生命科学概念的特点和需要，灵活综合地运用，最大限度提高生命科学概念教学的有效性。