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)象的基礎上歸納、推理出來的結論,是對同一類生物學問題本質特征的概括。例如“穩(wěn)態(tài)”這一概念,就是在分析細胞內環(huán)境各種理化因子相互作用現(xiàn)象的基礎上,概括出“生物體依靠自我調節(jié)機制維持內環(huán)境理化性質相對穩(wěn)定狀態(tài)”這一穩(wěn)態(tài)本質,進而得出其內涵是:機體在遭受外界因素干擾下,依靠體內復雜的自我調節(jié)機制,各個器官、系統(tǒng)協(xié)調活動,使內環(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,有助于學生理解生命的本質,從系統(tǒng)的角度來認識生命系統(tǒng)與環(huán)境的關系。
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涵及其外延,領會其教育價值,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)通過自我調節(jié)保持穩(wěn)態(tài)并適應內外環(huán)境變化,通過自動調節(jié)作用在結構與功能上達到和諧與統(tǒng)一,而且它又以“生命系統(tǒng)”與其他相關生物學知識整合�？梢詷嫿ㄟ@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)結構和功能的整體性;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;同時在構建過程中領悟系統(tǒng)分析、建立數學模型等科學方法,更好地訓練學生將數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。
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交流、能量轉換和信息傳遞,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)內部的自動調節(jié)機制。關于這種調節(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節(jié),在群體水平上主要是生態(tài)系統(tǒng)的自動調節(jié)。可見,就理解生命活動的本質和規(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)結構上看是分層的。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、能量和信息的交流,通過信息的傳遞和反饋調節(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:細胞是基本的結構和功能單位,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節(jié)。同時,這一層次和那一層次之間的關系又不可忽略。由此,揭示了生命系統(tǒng)中尺度、結構與功能之間有著必然的內在聯(lián)系,生命系統(tǒng)在不同尺度下存在著不同層次的結構,尺度與結構決定生命系統(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的視野。
(3)領悟多種生物科學研究方法的實質
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。在科學探究中經常使用的兩種邏輯方法——模型方法(建立物理模型和數學模型)和數學方法(取樣調查),在建構“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,嘗試建立數學模型解釋種群的數量變動,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)在已有知識經驗的基礎上認識“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節(jié)來達到維持穩(wěn)態(tài)的目的。這是構建“穩(wěn)態(tài)”概念的關鍵,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)境關系的知識,在這個基礎上,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)感受內外環(huán)境的變化,通過調節(jié)做出應答性反應,從而維持自身的穩(wěn)態(tài)。這是構建“穩(wěn)態(tài)”概念的主線,有利于學生把握相關知識內容之間的本質聯(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。比如關于組織液、血漿和淋巴三者間的內在聯(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內容,同時參考教科書中的圖,進行獨立思考,在此基礎上引導學生理解三者間的關系。在看圖過程中,首先應該引導學生識別圖中各種結構和成分,弄清各結構間的關系,這是理解組織液、血漿和淋巴內在聯(lián)系的基礎。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)調活動,以及機體與外界環(huán)境相適應的相關例子的視頻畫面,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,及時結合畫面提出有關問題,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建“穩(wěn)態(tài)”概念。
(3)在解決實際問題中幫助學生構建概念
個體和群體水平的穩(wěn)態(tài),都與人們的日常生活和生產實踐有著密切的關系。比如,人體的許多疾病都是穩(wěn)態(tài)失調的結果,每一個人的健康都與內環(huán)境的穩(wěn)態(tài)有關,幾乎所有人都親歷過諸如發(fā)燒等穩(wěn)態(tài)失調引起的疾病;諸多環(huán)境問題又是生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)失調的結果。教師應當充分利用學生的生活經驗,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重要。
教師還可以聯(lián)系有關沙塵暴的事實,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量的變化規(guī)律……事實上,現(xiàn)實生活中遇到的各種相關問題,報紙、雜志、廣播、電視、網絡等媒體上關于穩(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實例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建概念
建構主義學習理論認為,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驗背景而建構起來的,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,就涉及內環(huán)境,而內環(huán)境的化學成分、理化性質等都很抽象,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、探究與實驗、社會調查、野外實地考察(調查)、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;我們還可以在適當的時候引導學生展開關于“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)”概念的構建。
建立數學模型是生態(tài)學研究的重要方法。在要求學生“嘗試建立數學模型解釋種群數量的變化”這一活動中,不僅能讓學生了解建立數學模型的方法,也能讓學生在模型的建構過程中體會群體生態(tài)學中的這種動態(tài)變化的調節(jié)機制,為群體生態(tài)中的穩(wěn)態(tài)構建奠定基礎,還可以幫助學生理解建立模型的一般步驟,領悟并嘗試應用這種方法。建立數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的數學模型能夠較好地表達某些生物學規(guī)律。一定要避免從數學到數學,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,數學計算的目的是構建“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鍵性事件對概念的構建至關重要。例如組織學生調查“人口增長過快給當地生態(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系,盡可能探求表面上未直接關聯(lián)的事物之間存在著的關系,例如,人口增長與農藥使用之間的關系,并且根據實際情況,充分拓展思維,提出解決問題的方案或對策;可以組織學生到野外進行實地調查,感受生物多樣性的價值,同時讓學生通過實地調查來體會和運用樣方法等等。教師應當鼓勵學生親自調查或廣泛搜集資料,再通過課堂討論,加深對科學、技術、社會相互關系的認識,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涵及其外延,領會其教育價值,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,關鍵是要把課教得本質、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。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學到更本質的、有利于終身發(fā)展的生物學素養(yǎng)
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