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新课程标准明显改变了传统教学实施过程中过于强调接受学习、死记硬背、机械训练的现状,倡导学生敢于质疑、自我建构,培养学生注重分析和解决问题的能力以及交流与合作的能力。这需要师生在教学和学习模式都要有所转变。
基于多年来对生物课堂教学有效性的探索,在教学实践中不断地总结与反思,对于新课程背景下如何继承和改进概念教学,使学生全面、系统、准确地认识掌握概念谈几点我的认识和做法。
一、剖析概念的内涵和外延,深化对概念的理解
任何一个完整的概念,都有其特定的内涵和外延。概念的内涵是概念所反应的事物的本质属性,外延是该本质属性的应用范围条件。只有全面理解和掌握概念的内涵和外延,才能避免死记硬背,才能牢记它,应用它。
如对光合作用概念的理解,其内涵是:绿色植物通过叶绿体,利用太阳能(光能),把二氧化碳和水合成贮存了能量的有机物,同时释放氧气。其外延是:①太阳能(光能)是植物光合作用的能量来源;②水和二氧化碳是植物光合作用的原料;③淀粉等有机物是植物光合作用的产物;④氧气也是植物光合作用的产物;⑤细胞中的叶绿体是光合作用的场所;⑥光合作用为植物的生命活动提供物质和能量;⑦光合作用为动物的生命活动提供物质和能量。
如对呼吸作用概念的理解,其内涵是:在生物体内,细胞能通过分解糖类等获得能量,同时生成二氧化碳和水。其外延是:①呼吸作用的实质就是分解有机物,释放能量;②释放出来的能量供生命活动的需要;③呼吸作用是在线粒体中进行的;④呼吸作用的适用对象是植物、动物、微生物。
当学生掌握了光合作用、呼吸作用的重要概念后,会知道:萝卜放久了会空心;如何去让摘下的水果、蔬菜保鲜;如何去让粮食合理贮存;如何增加植物的产量;为何新疆地区的瓜果异常甘甜;如何通过增加光合作用,降低呼吸作用来增产增效……能正确解释身边发生的生物学现象,表现出学生较高的生物科学素养、具备实事求是的科学态度、一定的探索精神和创新能力。
通过这样详细、全面的剖析,学生对概念的理解也就全面、深刻。这是一种很常规也很实用的掌握概念的方式,是对科学概念正确阐述的重要而有效的途径。
二、抓住关键字词的解析,把握概念的精准
从概念的基本构成上看,内涵与外延是概念的灵魂和躯壳,关键词和关键语则是支撑概念的骨架。
生物概念是用简练的语言高度概括出来的,其中一些字词都是经过认真推敲并有其特定意义的,它往往提示了概念的本质特征,要理解概念的本质,必须从理解关键字词入手。
如:细胞能进行分裂、分化,以生成更多的不同种类的细胞用于生物体的生长、发育和生殖。这一概念中关键词是细胞的分裂、细胞的分化。
在实际教学中,我用一连串的提问,层层分析,帮助学生理解细胞分化并构建生物学的基本观点:
什么是分化?―就是细胞的分别变化。
细胞为什么会出现变化?―分裂出来的一群细胞,因为有了功能上的差异,所以在形态、结构上也出现了一些变化。
变化的结果是什么?―物以类聚。形态相似、结构与功能相同的细胞聚集在一起,于是形成了组织。
推而广之,生物体的形态结构总是与其功能相适应的。
三、构建概念图,系统掌握概念的内涵和外延
在教学中,教师一方面需要向学生提供各种丰富的、有代表性的事实来为学生的概念形成提供支撑;另一方面,教学活动不应仅仅停留在让学生记住一些生物学事实,而是要帮助学生通过对事实的抽象和概括,建立生物学重要概念,并以此来建构合理的知识框架,进而为学生能够在新情境下解决相关问题奠定基础。
编制概念图,可以将零散的知识系统化,对知识进行全面巩固。教师运用概念图进行教学,能更好地组织和呈现教学内容,能更有效地监控自己的教学过程和自身概念的发展,从而提高教学效果。学生运用概念图进行学习,能促使自己进行有意义的学习,能更好地组织自己所学的概念,感知和理解概念在知识体系中的位置和意义,从而提高学习效率。
如对染色体、DNA、基因、遗传物质、遗传信息等相关知识的学习中,我采用了这样的概念图来帮助学生记忆其间的关系:
可见,遗传信息的载体是DNA,遗传物质的载体是染色体。
四、创设问题情境,帮助学生消除错误概念,建立科学概念
对一个概念的正确理解,有助于我们作出正确的判断和推理。在讲述一个概念时,我们有时大可不必一本正经的用“这个概念的内涵是什么,外延是什么?”这些深奥的专业术语或视角来分析,其实如何帮助学生深刻理解一个概念,可以换一种比较自然贴切的方式,结合以往的学生在解题过程中的错误认识,及时设置问题进行追问,通过具体事例反驳或论证,追问质疑,挖掘他们的思考潜力,以提前阻止学生可能出现的错误认识,把错误抑制在出现以前。
《中国教师》:刘教授,您好!2011年版初中生物学课程标准提出注重重要概念的教学,并在内容标准中具体描述了50个重要概念,引起广大生物学教师的极大关注。曾经有教师问,这些重要概念与以前生物学教学中说到的“知识点”有何不同?“重要概念”这一提法有何含义?在此,可否请您给大家讲解一下。
刘恩山:在科学教育中,关注学生主动学习方式,关注重要概念的传递,是国际科学教育发展的方向。2011年版初中生物学课程标准顺应国际科学教育发展的这一趋势,将我国生物学教育推向一个新的水平。
生物学教学中的“重要概念”与以往说到的“生物学知识点”有明显不同之处。两者的差异主要在于:第一,以前在谈知识教学的时候,我们常用“知识点”来说明教学要点,知识点是我们学校话语体系中重要的术语,教师经常使用。但过去说到知识点的时候,我们对知识点的属性没有加以区分,特别是没有区分事实性知识和概念性知识。如果我们把两者都确定为知识点,我们就认为它们同等重要。所以我们从来没有把概念教学放在今天如此重要的地位上,也没有把概念性知识在教学中的重要作用和地位与事实性知识相区别。
第二,今天说到的概念教学,还关注到另外一个方面,就是概念怎么呈现、怎么表述。以前我们说到某个概念的时候,会使用光合作用、生态系统、生态位这样的一些生物学术语来指代生物学重要概念。而今天我们说到重要概念的教学时,我们一定要说明,在某个特定学段需要让学生对该概念的理解达到什么样的程度。对于这样的要求,单纯用生物学术语来指代或表述就很难准确描述。比如说,我们在初中阶段要求学生在理解的水平上掌握光合作用的相关知识,在高中阶段也可以说在理解的水平上掌握光合作用的相关知识,并且选用相关的行为动词来描述这样的教学要求。尽管初、高中的教学要求都是要学生在理解水平上掌握,但这两个不同学段的学生在掌握光合作用内容实质以及对光合作用相关知识的理解水平方面是完全不同的。所以,教师在教学中仅仅看到行为动词加术语的教学内容要求,对教学内容的深度和广度难有操作性的把握。这样就要求课程标准在陈述内容要求时能够准确指出在某一学段学生对某一概念需要理解到怎样的水平。2011年版的初中生物学课程标准就做到了这一点。所以,今天我们再说到概念教学时,就不能停留在行为动词加术语的表述,一定要清晰地表示出针对特定学段学生要理解的概念内涵,学生理解相关概念所应达到的水平。同样是讲光合作用或是遗传的内容,我们就可以很清楚地表述出在初中和高中不同的学段,学生理解的不同水平和深度。使用这样的方式针对相应学段学生的认知特点,来具体描述一个概念的内涵,在技术上是有难度的,需要做好相应的研究和充分的准备才能写入课程标准。这一次,我们在义务教育生物学课程标准修订工作中做到了这一点,同时也为后续高中生物学课程标准的修订做好了准备。这样,就能让教师更好地把握教学要求,有利于结合学生认知特点开展教学,既不增加学生负担,又不降低教学要求。这样说来,今天初中生物学课程标准提出的概念教学,已经完成了一个新的跨越。
《中国教师》:现在也有许多生物学教师运用“核心概念”这一词汇来谈重要概念的教学问题。是否“核心概念”与“重要概念”在内涵上是相同的?
刘恩山:在2011年版初中生物学课程标准颁布之前,我们在一些研究报告中也用过“核心概念”这一说法。在课标颁布之后,就统一使用了“重要概念”。其实,两者的含义十分接近。在国际上,相关英文的表述也有多种,目前没有一个十分严格的界定和统一的标准。国际上,各个学术团队,或者是不同的教育家和实践人员对英文术语的理解和把握也不尽相同。尽管如此,大家对重要概念内涵的把握没有大的差别,对应不同英文术语可以有不同的中文翻译。
若一定要区分,两者表述的内容是有差别的。从概念的抽象和重要的程度来说,核心概念要更抽象、更概括,数量也就更少。重要概念可以相对于核心概念成为其下位一些的概念,数量会相对多一些。在初中生物学课程标准中,共计描述50个重要概念,实际上包含了为数不多的核心概念,但在课标中并没有刻意地把两者加以区分。教师在研读课标时,经过仔细分析,是可以从50个重要概念中找出一些更重要的、更上位的,能够贯穿生物学整个学科的核心概念。但在教学实践中,我们不建议教师刻意区分这个是核心概念或那个是重要概念。在备课时,我们只要注意梳理概念之间的逻辑关系,设计教案时围绕重要概念安排教学活动,教学时关注学生建立和理解正确概念即可。
[关键词]生物学重要概念教学有效策略
[中图分类号]G633.91[文献标识码]A[文章编号]16746058(2015)110110
《义务教育生物学课程标准(2011版)》(以下简称“标准(2011版)”)与《初中生物学课程标准(实验稿)》的明显不同之一是提出了50项生物学重要概念。在传统的生物学概念教学中,教师对概念的教学往往会“重结论,轻过程;重灌输,轻引导”,造成学生对生物学概念不理解只是死记硬背,很大程度上阻碍了学生对生物学习的兴趣。对此,我结合自己的教学实践,对新课标下初中生物教师如何有效进行生物重要概念的教学,谈几点认识与做法。
一、教师备课达成对重要概念的认识与理解
1.明确初中生物重要概念的内涵和外延
每一个概念都有其内涵和外延,以体现概念的本质属性和所指的对象范围。教师只有引导学生透彻地分析概念的内涵和外延,才能使学生全面理解并正确地运用概念。这就要求教师在备课中能正确解读每一个重要概念的内涵和外延,并明确概念的教学目标。例如“光合作用”这一重要概念,教材给出的表述是:绿色植物能利用太阳能(光能),把二氧化碳和水合成贮存了能量的有机物,同时释放氧气。教师应结合教材给出的表述引导学生理解它的内涵:“绿色植物通过叶绿体,利用光能,把二氧化碳和水转变成贮存能量的有机物质,并释放氧气。”这个概念的适用对象,也就是概念的外延主要是绿色植物,如果在其定义中减去“绿色植物”,则缩小了这一概念的内涵,而使其外延增加,结果是像细菌、真菌及动物等生物都可以进行光合作用。
概念的内涵往往很丰富,不可能一次或在一个阶段完全加以揭示。如细胞的分化,七年级学生理解起来就有一定的困难。因此,教师必须有意识、有步骤地安排教学,使得学生能逐步深入、全面地掌握和理解。如,在学习种子的萌发、根尖的生长、茎的形成等内容时,教师要有意识地巩固和强化这一概念,使学生能加深对它的理解。
2.根据学生的学习实际决定重要概念教学的广度和深度
初中生的认知能力、认识水平都非常有限,因此我们在落实生物学的重要概念时要针对学生的年龄特点和认知能力,用描述概念内涵的方式来教授概念,以达到预期的教学效果,为后续的学习打好基础,实现重要概念的螺旋式发展。
例如,我们非常熟悉的“光合作用”,在初中和高中的生物课程中都有这个内容,它涉及的知识非常丰富,非常复杂。但初中阶段学习的光合作用,只涉及光合作用的场所是叶绿体、它是能量的转换器、光合作用合成有机物储存了能量、光合作用的条件是光,而不提及叶绿体的结构。到了高中阶段,光合作用的内容将会拓展与深化,如光合作用的光反应和暗反应、叶绿体结构及参与光反应和暗反应的条件等。在这个重要概念的学习上,学生在初、高中阶段的认识还是有一定的差异的。所以,关于重要概念的学习,教师要回到学生认识的原点,回到课标的主题上,以课题为准绳,围绕、依据义务教育生物学课程标准所要求的重要概念的教学建议进行教学,不要盲目地扩充它,要根据学生的情况进行具体的教学。
二、纠正学生错误的前概念,形成科学概念
标准(2011版)指出:“在教学过程中,教师还必须注意到学生头脑中已有的概念,特别是那些与科学概念相抵触的错误概念,课堂教学活动要帮助学生消除错误概念,建立科学概念。”在教学活动中,教师要注意学生头脑中已有的概念(前概念),有的前概念是正确的,有的前概念可能是错误的。对于这些错误的概念,我们要把它纠正过来。实际上,在我们的教学当中,如果我们能够有效指导学生进行学习,从事实当中建立正确的概念,避免错误概念的形成,就能够在减少错误的过程中,使学生进行有效学习,提高学生知识建构的准确性。比如说我们习惯上称鲸为鲸鱼,但鲸鱼不是鱼,而是哺乳动物;我们常认为会飞的就是鸟类,蝙蝠、蚊子、苍蝇等会飞,但它们不是鸟。又如,关于种子萌发的外部条件,很多学生误以种子必须在有光的条件下才能萌发。为了纠正学生的这一错误前概念,教师因势利导,启发学生:如果想进一步探究“光对种子萌发的影响”,在现有实验基础上如何设计探究方案?实验的现象可能会怎样,最终的结论又是什么?经过探讨,学生提出了增设一组对照实验,增加一个满足“充足的空气、适宜的温度和适量的水分”这一外界条件的实验装置的方法,对它进行遮光处理,并通过对实验现象的观察,最终得出相应的结论。因此,在实际的教学中,作为教师,我们要善于发现这些容易引起学生错误的概念,一旦发现,我们要帮助学生及时纠正,要让学生头脑中形成一个正确又科学的生物概念。
三、比较重要概念之间的异同点,深化概念
在教学过程中,如果把相近或关系密切的概念放在一起进行比较,并引导、启发学生找出概念的本质特征,明确各个概念之间的异同,可让重、难点知识迅速突破,让模棱两可、混淆不清的概念清晰明了。例如,“呼吸作用与光合作用”这一对重要概念,它们的化学过程看似互逆,但它们的作用、性质完全不一样,教师在上课过程中要引导学生从作用场所、作用条件、原料、产物、能量转化等方面进行比较,分析出对立面和统一面,得出答案,并从中看出二者的相互依赖、相互制约的关系。学生找出概念之间的异同,这才能有效地掌握生物学重要概念。
此外,教师在讲授新概念时应有针对性地复习旧概念,并注意强调新旧概念间的联系,引导学生将已学过的概念组成体系。概念一旦形成体系,知识才能条理化、清晰化。这样做,不仅让学生复习巩固了旧概念,而且有助于学生学习和理解新概念。如七年级生物中的“血液循环的组成”,标准(2011版)指出:“循环系统包括心脏、动脉、静脉、毛细血管和血液,其功能是运输氧气、二氧化碳、营养物质、废物和激素等物质。”在教学时,要围绕血液循环来进行教学,但这个内容又不是孤立的,它和消化系统、呼吸系统、泌尿系统、神经系统等都有一定的联系。教师要将人体的其他相关系统的功能和循环系统的组成和功能的教学联系起来,以循环系统为中心进行教学,在有相关内容相衬托的情况进行教学,这样学生获得的知识,是整体的知识,而不是片断的。
四、充分利用事实性知识,使抽象的概念具体化
概念是抽象的,是用语言文字叙述的,学生理解起来比较困难。在教学中,教师要提供丰富的事实性知识,来促进学生对概念的理解。例如,要让学生建立起“细胞是生命活动的基本单位”这一重要概念,教师可让学生通过操作显微镜制作临时装片进行观察、比较;通过展示的单细胞生物的图片、观察培养液中的草履虫、播放草履虫生物的视频等多种方式,构建“细胞是生命活动的基本单位”的重要概念,这样既符合概念形成的基本过程,又有利于重要概念的建立。
又如,在教学“生物能对外界刺激作出反应”,可先演示盆栽植物含羞草,让学生亲自触摸,观察含羞草叶的反应;让学生自己观察草履虫在显微镜下,滴加食盐溶液后的运动方向。待学生通过做实验亲自体验这两个现象后,再引导学生自己总结,并对概念下定义,这样能让学生从不懂到懂,深刻理解概念。
五、建立概念图,促进学生整体理解重要概念
概念图最早是在20世纪60年代由美国康奈儿大学诺瓦克教授等人提出,它是以命题的形式显示概念间的意义联系,并用具体事例加以说明,来展示概念间的层级结构的示意图。
在教学中,教师建立概念图引导学生将重要概念和次要概念的关系进行关联及系统归类,建立良好的知识结构,使之纳入到认知结构的系统网络中去。教师利用概念图展示教学内容,可以达到预期效果。在传统的课堂上经常有教师自认为进行了一气呵成的几乎完美的讲解,而学生获得的却是零星的几个知识点。知识之间的关系学生很难把握,这让整体的教学质量大打折扣。概念图具有聚合学生所获得的知识的作用,概念图的呈现能让学生紧紧围绕概念主线提取课堂的有效信息,教师的教学效果也能明显增强。
例如教学“蒸腾作用”,可采用以下概念图进行教学。学生通过概念图对蒸腾作用的概念、意义及作用等一目了然。概念图的绘制也可以尝试让学生自主设计,并通过展示、汇总,师生点评归纳得出概念图。这样对促进学生有意义的学习起到了积极的作用。
从上面的概念图中能直观地反映出各概念之间的联系和派生关系,使学生联想到每个概念所蕴含的意义和内在知识,从而对整个知识点构建和多元知识产生完整的体系结构。
六、创设新情境应用重要概念,巩固概念
初中生的认知过程是从感性到理性再到应用,学会在新情境中应用概念解决相关问题是提高学生认知能力的最终体现。教材中的课后练习的问答题、连线题、填空题等均围绕概念而设,设置练习的目的就是针对一些重要概念进行辨析、迁移、应用和拓展。
生物学的重要概念教学方法很多,形式多样。新课程标准着眼于学生的基础知识,继而实现能力培养,从而提高生物素养,这对教师提出了更高的要求,即要求我们针对不同的概念,能从不同的视角入手,选择适合的方式对生物重要概念进行有效教学。教师一方面不放松学习,借鉴他人教学先进理念,一方面在教学中感悟体验,注重自身积累,建立牢固的学科网络知识体系。这样,教师才能更好地引导和阐述概念,学生才能很好地比较和区别不同的概念,才能掌握它们之间的联系,从而做到灵活运用。
[参考文献]
一、创设教学问题情境,巧妙引出生物概念
在教学过程中进行问题情境创设,是教学过程中的重要教学手段,能够使课堂氛围活泼生动,学生参与课堂的积极性变高.而初中生物概念教学中问题情境的有效创设,能够充分的激发学生进行概念学习的激情与动力,其求知欲望也将被极大的刺激,思维也将处在非常活跃的状态.通过对教师设置的问题情境的感受与对具体生物问题的思考,学生能够在疑问与好奇中聆听教师对生物概念的解释与阐述,进而在很大程度上提升自身的听课质量,同时也使教师的概念课堂教学有很好的教学成效.因而在生物概念教学的过程中,教师要根据教材内容选取知识,进行教学问题情境的创设,利用与教材相关且能够激发学生学习兴趣的教学辅助材料,创设出不同的问题情境,使用较为新颖与具有疑问性的课堂语言提出问题,进而巧妙地引出有关的生物概念.这样一来,教师就能很好地引导学生自主地发现问题并且寻求解决的方法,在疑问与思考的过程中加深对生物概念的理解.
例如,在进行苏科版初中生物七年级下册第五单元第十三章的概念教学时,教师可以在上课之前提出“为什么夏天的食物较易腐败而放置在冰箱中的食物不易腐败?”以及“酒为什么会越陈越香?”此类的问题,这样的教学问题情境会引发学生进行思考.在讨论的过程中产生“细菌的繁殖与生存需要适宜的温度”这一概念,进而对教师设置的问题情境进行解答,得出问题的答案与结论.学生在不断的思考与探讨中,对问题的本质会有深刻的理解,探索答案的过程会促进学生学习的印象加深,进而促进生物学习的进步.
二、明确概念的内涵与外延,深化概念理解
每一个具体的生物概念都有其确定的内涵与外延,只有充分的理解内涵与外延的具体含义及范围,才能够更好的对生物概念进行掌握学习.对于概念学习来说,不仅仅是了解与明确概念的定义中所表达的含义,而是要深入的学习生物概念所指的内涵与其外延.概念的内涵是指概念反映生命现象和规律的本质属性,而外延则是指概念的内涵适用的范围以及条件.概念的内涵与外延从不同角度阐释了概念的本质,使学生据以进行相似概念区分、避免概念混淆的重要依据.教师可以通过运用正例与反例来进行概念内涵与外延的解释与说明,在提出一个生物概念时,举出与此概念相符合的正面例子以及与之相对比的反面例子,让学生能够对概念的本质有充分的认识.此外,初中生物教师还可以通过求异与辨析的方法进行概念内涵与外延的教学,将相似的问题与概念进行对比提出,同时要求学生以思辨的角度进行思考,进而使生物概念的本质能够得以呈现.
例如在进行苏科版初中生物七年级上册第三单元第四章第二节的概念教学时,教师在讲授有关植物根的生物知识后可以提出“植物埋藏在土地中的部分是否都是根?”、“植物的根是否都生长在地下?”这样的问题,让学生进行思考与讨论.最终得出问题的答案,即植物地下的部分并非都是根、植物的根也都并非生长在地下,反例为竹子的地下部分会有节而榕树的地上部分会有根.这样深入的思考后学生对概念的理解将会更加深入,对根这一概念的内涵与外延都会有深刻的认识,进而构建正确的生物概念认知模式,提高生物概念的学习与掌握能力.
三、发挥学生主体作用,进行概念探索
现今社会对创新自主型人才的需求量大大增加,而教师讲授知识、学生被动接受知识教育的教学方式也早就被摒弃,以学生为教学主体的教学模式受到广泛的关注与应用.在初中生物的教学过程中,应当以学生为教学活动的主体,让学生能够充分的发挥自身的主体性作用,自主进行生物概念的探索与理解.学生主动性与积极性的有效发挥,能够使学生充分地进行知识概念的主动学习与积极探索,在概念的学习过程中以主动的学习行为获得深刻的理解与概念的掌握.初中生物教师应当为学生提供充分的自主学习条件,让学生进行多次的实验研究探索,发现生物知识的本质与规律.此外,教师还可以使学生自由地进行互相间的学习,基础较差与基础较好的学生共同进行生物概念的讨论学习,发挥学生学习生物概念的能动性与自主性,加深对生物概念的理解与探索能力.
关键词:生物学概念 教学 策略
中职生物学概念较多,是中职生物学教学的重点、难点。正确的生物学概念,既是生物学知识的组成部分,又可为获得更系统的生物学知识奠定基础。传统的概念教学就是教师讲、学生背的过程。新型的概念教学不仅仅是让学生学习、掌握了某个概念,更重要的是通过概念的学习,培养和提高学生的学习能力。在教学过程中,教师可以根据不同的教学内容以及学生的不同认知情况,采取不同的教学组织方式来实现概念教学。
一、抓住关键字、词,理解概念的内涵和外延
生物概念是用简练的语言高度概括出来的,其中每一个字、词,每一句话、每一个注释都是经过认真推敲并有其特定的意义,以保证概念的完整性和科学性。在教学概念时,教师可指导学生自己分析概念,并从关键性字词入手学习。这样的学习过程学生不仅强化了概念,有利于加深对概念的理解,而且提高了学生对文字的处理和分析能力。如学习光合作用的概念时,书上给出的定义是:光合作用是指绿色植物通过叶绿体,利用光能,把二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物,并且释放出氧气的过程。教师可以先让学生讨论,找出关键字词,从中概括出进行光合作用的场所、条件、原料、产物。再引导学生进一步了解光合作用的探究历程和具体的两个阶段。
又如,酶的概念:酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物,其中绝大多数的酶是蛋白质,少数的酶是RNA。“活细胞产生”“催化作用”“有机物”是酶概念的内涵,体现了酶的本质属性:只有活细胞(又指全体活细胞)能产生与无机化学催化剂功能相同的有机物。“蛋白质”“RNA”从化学成分上界定了酶的范围(酶一般为蛋白质,RNA也能起到酶的作用),这是概念的外延。一个基本概念一般由“内涵”和 “外延”两个部分组成。在这样的概念讨论学习中,教师不但让学生自己建立清晰的概念,同时也引导学生理解掌握概念的内涵和外延,也适时地培养了学生的分析、思维能力,提高学生的学习能力。
二、重视相似概念的辨析、比较,把握概念之间的本质区别
在学习过程中,我们会遇到很多概念,致使我们在学习时易混淆不清,在运用时产生错误的理解,或把一个概念的某些属性运用到另一个概念中去。因此,在学习时要运用辨析、比较的方法区别易混淆的概念,通过列表格等方式对相关概念进行比较和联系,找出概念之间的本质属性,区别概念之间的差异以达到对概念的正确理解和区别。由于表达概念的词语基本相同(如生长素与生长激素),或内容上有共同的因素(如半透膜与选择透过性膜)。例如:生长素与生长激素,可从它们产生的部位、化学本质以及生理功能等方面进行比较,生长激素是由动物的脑垂体前叶分泌的一种动物激素,其化学本质是蛋白质,具有促进生长的作用,主要是促进蛋白质的合成和骨的生长;生长素是由植物体的特定部位产生的一种植物激素,其化学本质是吲哚乙酸,具有促进和抑制植物生长的双重作用。又如:半透膜与选择透过性膜进行概念教学时,半透膜是指一些物质可以透过,另一些物质不能透过的多孔性薄膜,如猪肠衣、鸡卵的卵壳膜、离体的膀胱膜、蚕豆种皮、青蛙皮等。根据半透膜是否具有生命现象可分为生物膜和非生物膜。选择性透过膜是具有活性的生物膜,它对物质的通过既具有半透膜的物理性质,还具有主动的选择性,如细胞膜。因此,具有选择透过性的膜必然具有半透性,而具有半透性的膜不一定具有选择性透过,活性的生物膜才具有选择透过性,从而使这两个概念的区别一目了然。在生物学中,还有很多概念属于这种情况,如反射和应激性、先天性疾病和遗传病、性激素和性外激素等等,均可用比较法进行学习、巩固。
三、运用归纳、整理法,构建知识体系
在中职生物教学中,许多章节都涉及到大量的概念。在复习教学中,教师及时指导学生建立一些相关概念的连接,使概念清晰化和系统化,可以将零散的知识系统地构建成一个知识网络,对知识进行全面巩固,能更好地组织和呈现教学内容,能更有效地监控自己的教学过程,从而提高教学效果。
关键词:考点;解题;策略
一、近六年全国卷生物非选择题的内容回顾
二、非选择题的考点和特点分析
1. 考点
常考点:光合作用,细胞呼吸,动物生命活动的调节,植物激素的调节,种群,生态系统,孟德尔遗传定律的应用,植物有效成分的提取,微生物,基因工程,细胞工程.
必考点:细胞呼吸和光合作用、遗传与变异、生态、生理.
2. 特点分析
全国卷的非选择题,难度和类型一直保持相对稳定,试题涉及的考点相对合理,以考查主干知识为主.必考题,高度回归教材,既注重考查基础知识,还着重考查学生的理解能力、实验与探究能力、获取信息能力、逻辑分析能力及综合运用能力等;选考题,立足科技前沿,回归对基础知识的考查,试题有时会紧密结合必修内容,进行实验模块的考查.总之,非选择题的设问既兼顾基础,面向全体学生,又有拓展提高,有效区分不同知识水平和能力层次的学生,体现了高考试题的选拔功能,有很好的区分度和信度.
三、各类型非选择题的解题策略
1. “文字表述型”非选择题
此类非选择题是依据题干描述或所给材料,通过对文字、图表等信息进行提取、分析综合来解答问题的.常体现出对知识的记忆、理解和运用三个层面的考查,是高考中非选择题的主要形式之一,其答案要求有填空(包括填图和填表)和简答二种.
例题 (2016全国乙卷,29.10分)在有关DNA分子的研究中,常用32P来标记DNA分子.用α、β和γ表示AP或dAP(d表示脱氧)上三个磷酸基团所处的位置(A-Pα~Pβ~Pγ或dA-Pα~Pβ~Pγ).回答下列问题:
(1)某种酶可以催化AP的一个磷酸基团转移到DNA末端上,同时产生ADP.若要用该酶把32P标记到DNA末端上,那么带有32P的磷酸基团应在AP的(填“α”“β”或γ”)位上.
(2)若用带有32P标记的dAP作为DNA生物合成的原料,将32P标记到新合成的DNA分子上,则带有32P的磷酸基团应在dAP的(填“α”“β”或γ”)位上.
(3)将一个带某种噬菌体DNA分子的两条链用32P进行标记,并使其感染大肠杆菌,在不含有32P的培养基中培养一段时间.若得到的所有噬菌体双链DNA分子都装配成噬菌体(n个)并释放,则其中含有32P的噬菌体所占比例为2/n,原因是.
解题策略
(1)认真审题.审题是阅读题干、弄清题意的^程.准确、充分感知题目信息是正确解题的关键.审题一般分为两步:一是准确挖掘已知条件,二是分析已知条件的内涵,全面准确地找到题干中的已知条件.在审题时要尽量做到稳、准、慢,尽量挖掘一切对解题有效的信息,尤其是注意那些关键性和限制性的文字,避免解题的随意性和盲目性.如29.(1)题,考生解对题的前提条件,是能准确审到“AP的一个磷酸基团转移到DNA末端上,同时产生ADP”等关键性和限制性的文字.
(2)建立试题与教材知识间的联系.生物简答题的命题仍然是以基础知识的考查为主,着重体现“题在书外,理在书中”的命题思想.解题时要以问题为中心,以教材基础知识为依据,将所学知识与试题要求准确链接,并进行重组整合.如29.(2)题,考生要将题中“带有32P标记的dAP作为DNA生物合成的原料”,与人教版必修1教材第88页中“AP的结构式”,及“AP中去掉远离A的两个磷酸基团后,是合成RNA的原料之一腺嘌呤核糖核苷酸”等知识进行准确链接,进行比较分析,才能得出准确答案.
(3)准确、完整作答.全国卷经常出现“为什么”、“原因是”、“是因为”这样的设问方式,旨在考察学生使用生物学语言表达观点的能力.作答时首先要写答题提纲,理清答案要点和步骤,然后再根据理清的思路把答案要点用生物学专业术语、概念或原理完整、准确地书写出来.如:29.(2)题,考生失分的主要原因是“半保留复制”等专有名词及表述不够完整.所以,答此类题时要力求做到条理清晰、逻辑严密、语言规范、文字准确、表述完整.
2.“图表建构型”非选择题
“图表建构型”非选择题,涉及“文图表”、“图表”、“表图”间有关信息的阅读、提取和转换,考查了学生“获取信息的能力”、“理解能力”和“综合分析能力”. 纵观多年的高考题,常考的题型主要是“坐标图”,其主要特征是:作为物质间量变规律的重要表达形式,体现两个生物学现象间的量变(或逻辑)函数关系. “坐标图”的建构主要体现在二个层面,其一“坐标曲线图”,其二“柱(条)形坐标图”,其中前者比较常见.能否正确建构坐标图,反映着学生的知识迁移能力和“文图”互换能力的高低.高中生物知识中,能够建立这种函数关系的知识点很多,如:“细胞分裂各期的DNA、染色体、染色单体数目与分裂时期间”, “酶的活性与温度、P值间”,“光合作用强度、呼吸作用强度及其影响因素间”等等.
例题 (2016全国乙卷,30.8分)为了探究生长条件对植物光合作用的影响,某研究小组将某品种植物的盆栽苗分成甲、乙两组,置于人工气候室中,甲组模拟自然光照,乙组提供低光照,其他培养条件相同.培养较长一段时间()后,测定两组植株叶片随光照强度变化的光合作用强度(即单位时间、单位叶面积吸收CO2的量),光合作用强度随光照强度的变化趋势如图所示.回答下列问题:
(1)据图判断,光照强度低于a时,影响甲组植物光合作用的限制因子是________.
(2)b光照强度下,要使甲组的光合作用强度升高,可以考虑的措施是提高________(填浓度“CO2 浓度”或“O2 浓度”).
(3)播种乙组植株产生的种子,得到的盆栽苗按照甲组的条件培养时间后,再测定植株叶片随光照强度变化的光合作用强度,得到的曲线与甲组的相同.根据这一结果能够得到的初步结论是________.
解题策略
对于“图表建构类”非选择题的解答,若脱离题图去答题,就会出现像上述30.(1)的典型错例.所以,应注意“文图表”、“图表”、“表图”间有关信息的阅读、提取和转换.
(1)析图.例如分析“坐标曲线图”, 应抓住“二标一线(或图,如“条形统计图”)一名称”.“二标”,即横、纵坐标的表达含义、刻度和单位;“一线”,即曲线的变化走势,特别应抓住曲线的三点:起点、转折点、终点;“一名称”,即“坐标曲线图” 的命名,可挖掘出隐含在其中的自变量与因变量等信息及二者的关系.例如30题图的命名信息是“光合作用强度随光照强度的变化趋势如图所示”,反映出自变量光照强度,因变量是光合作用强度,同时结合横(自变量)、纵坐标(因变量)的表达含义及曲线所反映的二者的关系,对(1)、(2)题进行分析,就能准确地得出答案.
(2)用图.应针对题文和题图信息,结合教材知识,通过分析、推理和综合得出正确的结论.例如30.(3)题,典型的错例“表现型是基因型和环境共同作用的结果”,反映出学生只会机械地套用教材或教学过程得出的结论性语句,没能针对题文和题图强调的“乙组提供低光照”等信息进行答题;而“大部分同学只答到低光照对光合作用的影响,大约只有1/7的同学答到遗传”,反映出学生的思维滞留表层,就题答题,知识结构单一,没能结合教材将影响光合作用的环境因素与遗传和变异这两个知识点相融合,进行综合分析,得出结论.
3.“实验设计型” 非选择题
“大纲”明确要求考生能用文字、图表以及数学方式等多种表达形式准确地描述生物学方面的内容;具备验证简单生物学事实的能力,并能对实验现象和结果进行解释、分析和处理.
“实验设计型”非选择题是以具体实验过程为背景进行试题的情境设置,通过对实验的设计、问题的表述,能够全面考查学生对相关知识的理解、迁移和综合运用能力,以及组织语言答题的能力.生命科学实验与探究本身就是一种能激发智能活动的情境,这类情境对学生理性思维能力的考查具w体现在观察、推理、判断、归纳、比较等,考查的内容涉及实验操作、实验设计、实验变量及实验结论.“实验设计型”的情境对遗传定律的考查频率比较高,近6年有4年都是以遗传实验的形式进行考查,且此类题往往具有一定的难度,常是试卷的压轴题.
例题 (2016全国乙卷,32.12分)已知果蝇的灰体和黄体受一对等位基因控制,但这对相对性状的显隐性关系和该等位基因所在的染色体是未知的.同学甲用一只灰体雌蝇与一只黄体雄蝇杂交,子代中灰体:黄体:灰体:黄体为1∶1∶1∶1.同学乙用两种不同的杂交实验都证实了控制黄体的基因位于X染色体上,并表现为隐性.请根据上述结果,回答下列问题:
(1)仅根据同学甲的实验,能不能证明控制黄体的基因位于X染色体上,并表现为隐性?
(2)请用同学甲得到的子代果蝇为材料设计两个不同的实验,这两个实验都能独立证明同学乙的结论.(要求:每个实验只用一个杂交组合,并指出支持同学乙结论的预期实验结果.)
解题策略
(1)加强对遗传定律实质、世代关系分析、遗传实验设计的教学.
例如上述32题,以果蝇为实验材料,综合考察了学生获取信息能力、逻辑推理能力、实验设计能力及综合应用能力,主要考查的知识点是基因分离定律在性染色体上的应用.从典型错例可以看出,学生失分的主要原因有两个:
一是获取信息能力较弱,没注意题中“设计两个不同的实验,这两个实验都能独立证明同学乙的结论.”没能审清“两个”的关键信息,所以只设计了一个杂交实验;思维定势,没能审清“独立”的关键信息,所以用了正反交实验组合.正反交实验常用来检测某基因是否为伴性遗传,但需要正交和反交两个实验结果结合才能进行推断,这也反映了学生只是机械的记忆正反交实验可以用来检测某基因是否为伴性遗传,却没有真正理解伴性遗传的特点和正反交实验的应用.解题的策略就是要多带领学生读题,分析题干,提取信息,提升考生的阅读能力、信息获取能力;加强解题指导,应强调注意知识的使用条件,避免已归纳的解题套路导致使用过程的思维定势,可针对思维定势进行变式训练,学生会逐渐养成质疑精神,思维的深刻性得到加强,可以有效避免思维定势.
二是学生未能很好地掌握基因的分离定律.基因分离定律是学习伴性遗传的基础,基因分离定律知识的空缺导致学生无法理解伴性遗传.解题的策略是,在教学的过程中,要重视基因分离定律的学习,学习伴性遗传前注重引导学生复习巩固基因的分离定律,教学过程中应通过摩尔根的果蝇杂交实验、红绿色盲的遗传图解等,突出伴性遗传的特点和特殊性,准确地掌握遗传实验设计的方法并加以应用,而非机械的记忆正反交等内容.
(2)重视教材实验的操作,力求将做实验和背实验区分开.“纸上得来终觉浅,绝知此事要躬行”,在有限的备考时间中,尽量把能做的教材实验做一遍,加强实验题的训练.近几年的高考理综试题中,生物实验题是年年必考的.实验能力绝不是短时期内培养起来的,也不是仅靠训练几道题就能达到的.在平时教学中,我们就应充分利用课本中的每一个实验、每一类实验的操作与探究,培养学生领悟实验设计的思想,掌握实验的方法和技巧,以及学会对实验数据处理等能力.
综上,每年的全国卷非选择题,对理解能力、实验与探究能力、获取信息的能力及综合应用能力有充分考查.解题策略是既要立足于教材,夯实核心概念、基础知识,也要在平时的复习教学中利用概念图、思维导图等方式将知识融会贯通、灵活应用,有意识地坚持知识、能力和方法三体一位,从“学中做”和“做中学”过程中习得理性思维习惯,才能真正发展学生的科学素养,提升考生的应考能力.
参考文献:
关键词 高中生物学 生物科学史 科学素养
中图分类号:G633.91 文献标识码:A
1 有助于体验科学家认识问题的思维过程和探索精神
生物学科的发展是一个在困难和挫折中曲折发展的过程,一代又一代的科学家百折不挠地追求关于生物学知识的故事可歌可泣令人动容,感受科学家们的艰辛和困苦,有助于学生在感同身受中树立良好的榜样,培养他们为科学献身的崇高精神。例如:高中生物课本中关于光合作用的生化反应方程式看似简单,却是科学家们300多年时间坚忍不拔地探索点结果:1629年比利时科学家范・海尔蒙特做了一个有趣的实验,他把一株小柳树种在装有烘干土壤的大桶里,再用一个穿孔的铁板盖在大桶上,既允许雨水和空气进入,又可避免土壤的流失。最后得出结论:柳树重量的增加主要来自水而非土壤;1772年英国科学家约瑟夫,普里斯特利用小鼠作为实验对象,他把小鼠放入一个缺乏氧气的容器中,不久小鼠死掉;然后他又将绿色植物放入这个缺乏氧气的容器里,重复上述实验,结果小鼠能够生存。普里斯特利的结论是:蜡烛燃烧会污染空气,使小鼠窒息而死;绿色植物则能够净化因蜡烛燃烧或动物呼吸而变得污浊的空气;20世纪30年代美国科学家鲁宾卡门采用同位素标记法研究了光合作用。第一组植物提供和,释放的是:第二组提供和,释放的是。实验证明,光合作用释放的氧全部来自来水。这就直接证明了光合作用释放的氧气来自水。
发现光合作用生化反应方程式的这段迂回曲折的历程,有助于学生体会到科学家们严谨的科学态度和巧妙的实验方法。回顾科学家们的成长史、奋斗史,循着科学家足迹,领略他们的精神世界,接受他们的熏陶,从而培养了学生不畏艰辛、不怕失败、探索真理的科学情感。同时也使学生明白科学不是绝对的真理,而是一个不断发展变化的。
2 有利于学生形成敢于怀疑的科学态度,形成正确的的创造思路
正确的思路是人们进行科学研究取得成果的必要条件。如何推陈出新,多角度开发研究思维呢?我们可以从科学家们的工作方法中寻找到一些答案。孟德尔在研究豌豆遗传时独辟暖径来用数学统计方法来设计实验,这个实验里面蕴含着很多工作思路,如发现问题和提出问题、作出假设、逻辑推断、检验假设、演绎推理、分析结论、交流评价等。笔者在上课时引入孟德尔发现遗传规律的史实,既避免了传统说教的弊端,又激发了学生的学习兴趣,让学生明白到:我们只有敢于质疑,跳出前人设置的条条框框,才能开拓思路,实现突破。
事实上,科学并非只是一成不变的事实和理论,而是由新旧事实和理论在一致与矛盾共同推动发展的。学生从前人设计实验的过程中学到科学的研究方法,体会到科学研究的艰辛和科学家追求真理的自强不息的精神而对科学产生兴趣,从而激发学生的创新和创造能力。
3 有助于教师转变教学观念、提高教育教学水平
《标准》明确提出,“获得生物学基础事实、概念、原理、规律和模型等方面的基础知识,知道生物科学和技术的主要发展方向和成就,知道生物科学发展史上的重要事件”。可见,《标准》已经向生物学教师提出了必须具备生物科学史方面的素养的要求。生物科学史的发展历程和经典实验中除了涉及生物知识外,还有化学、地理、物理等相关知识。这就需要教师要不断提高自己对相关交叉学科的认识,实现知识结构的多元化。在讲授生物科学史时,要想达到提升学生科学素养等目的,教师首先自己要以科学的方法去融合各学科内部的基本概念、理论和定律,广泛利用网络技术、计算机和社会资源,了解学科的发展动向和最新研究成果,对所教内容不仅要知其然,而且要知其所以然。这样才能全面理解所教内容的价值和意义,也才能帮助学生认识到自然界普遍联系、相互作用的现象与规律,使学生学习的兴致更加高涨,从而收到良好的教学效果。
4 有助千提高学生的实验能力
陶行知先生曾指出,真正的教育必须培养出能思考会创造的人,教学实验是激发学生探索兴趣,培养学生创新意识、创新精神的切入点,是科学研究启蒙教育的重要途径。在高中生物教学过程中渗透生物史的教育,还有很多教育功能,例如可以有效提高学生的实验能力和动手能力,生物学是一门以观察和实验为基本研究方法的学科,生物学实验是生物学发现和创造的源泉,是检验生物学理论的唯一标准。科学家们执着不舍的精神、操作实验的正确方法以及发现问题、提出问题和解决问题的创新思路,可以对学生的实验能力产生潜移默化、润物无声的效果,让学生在不知不觉中提高自身的实验水平,从而间接地达到显著提高学业成绩和学习兴趣的目的。在生物教学中渗透生物史教育,将生物学史教育与中学生物教育有机地结合起来,是培养学生科学素养的一条捷径,有利于教师转变教育观念,有利于教师对学生的学法进行指导,有利于学校教育改革的实践。
5 小结
可见,生物科学史的合理运用和渗透,对学生的科学素养的提升、人文精神的熏陶以及教师的教学水平的提高都有着不可替代的作用,但从总体上看,在理论层面上,人们对生物史教育的价值及其作用仍然一知半解;在实践层面上更没有找到将生物史融入科学教学的行之有效的教学方法。经验和现实告诉我们,重新认识和挖掘科学史的教育价值,探索生物科学史教育行之有效的模式,是当前我国科学教育改革急待解决的重大课题。作为生物教学教育者,我们仍然任重而道远!
参考文献
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中学生物的复习课并不是旧课的重复与罗列,应对学生进行学习方法的培养,让学生积极主动地去学习,有目的地去复习。复习方法较多,本人总结了几点策略以供参考。
一、重视基础知识的整理和归类
基础知识是学生解决问题的源泉。中考考试说明中重点强调,基础题占全卷总分的70%,所以在生物复习过程中,应引导学生掌握好基础知识,避免走弯路,尽量将最基础的东西讲透,同时减少不必要的课外补充,减轻学生的负担。例如,在教学光合作用的概念、过程及其意义时,先讲其概念,在自然条件下,绿色植物可以利用太阳提供的光能,在叶绿体中把二氧化碳和水制造成淀粉等有机物,同时把光能转变成化学能储存在有机物中,这个过程还放出氧气。光合作用的实质:a.物质的变化;b.能量的变化。光合作用的方程式:二氧化碳+水光叶绿体有机物+氧气。
帮助学生归纳出一条主线,以利于学生获取知识。也可以用竞赛的方法,把难记忆的基础知识整理成几个小题目。学生用心拼比,并且有浓厚的兴趣,所以课前学生们积极准备,该背诵的背诵,该理解的理解,该讨论的讨论,经过比赛之后,评出胜负得分,学生积极性高,记忆就更加深刻,达到很好的效果。这样学生在课后会多观察,多阅读,多思考,多收集,多积累,达到事半功倍的效果。
二、用比较法复习
比较法复习有利于学生对学过的知识多思多疑,有利于培养学生良好的思维能力,把课本中相关的知识放在一起进行比较,有利于学生将知识系统化。因此,我们应根据生物中考信息的说明,教材内容的前后知识的联系,指导学生进行比较法的学习,形成系统的知识体系。生物学知识大多是通过实验总结出来的,应注重知识的发生发展过程,通过对难点知识的设计问题的解决,将实验的相关知识对比罗列,对学生作层次的理解和思维,下苦功夫挖掘知识的内涵,使学生掌握知识的实质,可以举一反三,真正达到“源于书本,高于书本”。例如,光合作用和呼吸作用的实验,待学生做完实验后把相关知识列成表格,比较分析,使知识条理化、系统化,使理解更透彻而记忆更牢固。
三、识图画图表复习
在复习时,按照专题对图表进行复习,培养学生的思维能力。复习时,引导学生复习图解,如第四章的食物链与食物网,光合作用和呼吸作用,蒸腾作用等都可用图表的形式来复习,帮助学生建立图表图解,培养学生分析问题和解决问题的能力。但是,学生往往对此类题目存在着问题,表达不到位,分析能力差,对题目形成错误的思维定势等不良的审题习惯,从图表中获取有用信息的能力不足。因此,我们应从多向思维的导向来帮助他们形成思维能力。
四、理论联系实际,贴近生活
在教学中,将书本知识与生活生产实际相联系,使学生认识到生物学知识的实际意义,从而培养学生的有意注意和积极的思维方式。当前的生物教学应该将生产、生活中的生物问题融入生物课堂教学中,以增强理论与实际的有机结合,促进学生思维活动的发展。例如,我们的手指划破后为什么容易感染?(讲解人体的三道防线)感冒时鼻腔为什么不通气?(讲解呼吸系统的相关知识)肝炎病人为什么厌吃油腻的食物?(讲解消化系统的相关知识)等等。这样不仅提高了学生的学习兴趣,也激发了学生学习的积极性,培养了学生的能力。与此同时,我们还应让学生运用生物知识去解决现实生活中的问题。例如,讲解蒸腾作用的相关知识,让学生探究为什么移栽幼苗时常要剪去枝叶,根部要带土;讲解光合作用时,让学生懂得森林对环境的影响;讲食物成分和作用时,让学生了解怎样才能让膳食更营养;等等,这样既激发了学生的学习兴趣又让学生掌握了知识。
五、采取多读书多提问的方法进行复习
一、生物学前概念的迁移与矫正
学生在学习任何概念性知识之前,实际上都已经有了前概念。前概念是存在于人们头脑中相对于新知识的已有的认知,可能是正确的,也可能是片面的或错误的。前概念的成因,主要是日常生活中的经验及正确或错误认识的积累。我们认识事物的过程,就是这样一个从前概念逐步发展到新概念的过程。无论对哪一门学科知识的学习,也无论是哪一个年龄段的认知,都有这样的特点,尤其生物学科与人类生活实际联系非常紧密,所以前概念非常丰富。奥苏贝尔(D.P.Ausubel)的同化论观点对概念的习得作了精辟论述,认为学习者头脑中已有的知识结构在新概念的习得中起着至关重要的作用,当新概念与头脑中前概念间存在某种类属关系时,若指导者能给予有效引导,使学习者能将新概念与头脑中已有概念间的这种类属关系进行正确链接,将有利于学习者将新概念同化到自己头脑的已有概念体系中,从而习得概念。因此,如何利用前概念进行有效的生物学概念教学,值得探讨研究。
正确的前概念是学习生物学科学概念的良好基础和铺垫,它的正迁移作用可成为生物学概念学习的资源和概念学习的新的增长点,可使学生尽快地掌握新知识和知识结构。如学生在学习生物学概念前自己对生活中的一些生命现象和规律已有所了解,如:“向日葵随太阳转”“根的向地性与茎的背地性”,能促进对“生长素”概念的理解;“人感到寒冷时会打哆嗦”“一个球向你飞来时,你会接住或躲开它”,这些都能促进对“激素调节和神经调节”概念的理解;“种瓜得瓜,种豆得豆”“一猫生九崽,连母十个样”,可促进对“遗传与变异”概念的理解。这些已知正确的前概念,一方面有助于迁移到新概念的习得和有意义的建构,另一方面,有助于激发学生进一步学习生物科学的兴趣和动机。
片面或错误的前概念会成为生物学概念学习的障碍,这些错误的前概念如果得不到及时矫正,将影响对生物学概念的同化和顺应,使学生形成错误的思维,阻碍生物学科学概念的建构。如学习“植物个体发育”概念前,学生头脑中就有农作物的“春天播种,秋天丰收”的前概念,片面地认为植物的个体发育从种子开始,这就阻碍了学生建构“植物个体发育从受精卵开始”的科学概念;由于绿色植物能吸收二氧化碳、产生氧气,学生自然形成植物呼吸作用吸入二氧化碳、放出氧气的前概念,这个错误的前概念阻碍了“呼吸作用”概念的建构。又如,前些时间媒体上猛然间刮起了“吃基因补基因”的风潮,在社会上形成“吃核酸长核酸”的错误前概念。对于这些片面、错误的前概念,必须给予矫正,否则不能建构科学的概念。例如,针对“吃基因补基因”的前概念,可以通过对核酸的消化、代谢、合成的分析,使新知识与学生的前概念产生冲突,让学生暴露出错误观念,正确看待自己原有的生活经验,把对事物表面现象观察所得到的经验与生物学知识不一致的地方提出来进行反思,找出矛盾所在,经历思想上的冲突和震撼,造成认知结构的不平衡,促成原有知识结构的顺应,用科学的概念代替原有的错误观念,实现错误前概念向科学概念的转变。
二、生物学概念的有效建构
瑞士著名心理学家皮亚杰(J.Piaget)在其《发生认识论原理》中指出:“认知的结构既不是在客体中预先形成了的,因为这些客体总是被同化到那些超越于客体之上的逻辑框架中去,也不是在必须不断地进行重新组织的主体中预先形成了的。因此,认识的获得必须用一个将结构主义和建构主义紧密地连接起来的理论来说明,也就是说,每一个心理结构都是心理发生的结果,而心理发生就是从一个较初级的结构过渡到一个不那么初级的(或较复杂的)结构。”[1]概念图的运用能较好地促进生物学概念的有意义的建构,如学习“光合作用”的概念时,指导学生利用概念图(如下图)建构光合作用的概念,不仅能拓展科学概念,还能培养学生的思维能力。它为学习者提供了一种学习科学语言的形式和建构科学知识的有效手段,有利于对概念知识的整合,有利于把握生物学概念的内涵与外延,能较好地提高学生生物学概念的结构化程度,有助于学生建立良好的认知结构。大量的研究表明:概念图可以帮助教师提高教学效率,概念图策略更适合于科学课程,且生物学上的显著性要大于化学和物理;它可以促进学习者进行有意义的学习;可以改变学习者的认知方式;有利于培养学生创造性思维。
三、生物学概念发展过程的展示
学习生物学的概念,不仅要学习概念的内涵与外延等理论知识,也要学习概念的产生、发展的演变过程。科学是一个发展的过程,任何生物学概念都要经历产生、发展的过程。其实学习生物学概念的产生发展的过程,就是学习概念的发展史。
(一)学习概念的发展过程是生物学科教学的需求
《普通高中生物课程标准(实验)》(以下简称《标准》)中建议安排的学习概念发展史有两类。一类是必修或选修课本中以课文形式呈现的史料,如学习“细胞”概念时,要求分析细胞学说建立的过程;学习“光合作用”概念时,要求说明光合作用及其对它的认识过程;学习“遗传物质”概念时,要求总结人类对遗传物质的探索过程;学习“生长素”概念时,要求概述植物生长素的发现和作用;学习“基因工程”概念时,要求简述基因工程的诞生过程;等等。另一类是建议学生自行搜集的相关资料,如学习“DNA”概念时,建议学生搜集DNA分子结构模型建立过程的资料;学习“进化”概念时,要求学生搜集生物进化理论发展的资料;学习“免疫”概念时,要求学生搜集有关干细胞研究进展的资料。除此之外,教材有些专题内容还涉及科学家进行探索的经典实验及资料,如孟德尔定律的发现、核酸是遗传物质的实验分析等。
(二)学习生物学概念发展过程有助于理解概念的科学知识
科学是一个发展的过程,任何生物学概念都要经历产生、发展的过程。学习概念发展过程不仅有助于了解概念的演变过程,而且有助于学生深刻地理解和牢固地掌握生物学概念的内涵与外延,从而理解生物学概念的科学本质。如在学习“光合作用”的概念时,让学生学习“光合作用”的发展史:古希腊学者亚里士多德提出,土壤是构成植物体的原料;1642年赫尔蒙特(J.vanHelmont)栽培的柳苗试验,证明柳树营养生长物质不是来源于土壤,而与空气和雨水相关;1771年普利斯特利“绿色植物—烛—小鼠”实验,证明植物光合作用可以更新空气;1864年萨克斯“叶片半遮光—碘蒸气”实验,证明光合作用可能产生淀粉,并需要光;1880年恩吉尔曼“水绵—好氧性细菌”实验,证明光合作用产生O[,2],叶绿体是绿色植物光合作用场所;上世纪30年代鲁宾和卡门同位素标记实验,证明光合作用产生的O[,2]全部来自H[,2]O。通过概念发展史的学习,学生自然得出光合作用概念的实质,把无机物(O[,2]和H[,2]O)转变成有机物,把光能转变成化学能,同时也清晰地掌握光合作用的物质变换的过程及场所。
(三)学习生物学概念发展过程有助于学生形成科学的观念
英国的“国家科学课程”中对于引入科学概念的解释为:学生应该理解科学概念随着时间而改变、发展的方式,理解这些概念及其应用是如何受社会、精神和文化背景影响的。由此不难看出,生物学概念的发展史中,不仅记载着生命科学知识的形成过程,而且蕴涵着科学家的创造思维方式和灵活多样的科学方法,体现科学家尊重事实、服从真理和实事求是的科学态度,以及勇于创新、善于合作和无私奉献的科学精神。所以学习生物学概念的发展史,不仅有利于更好地理解、掌握生物学概念,而且有利于学生形成科学的观念,提高生物学科学素养。
四、生物学概念负载研究方法的渗透
生物学是一门自然科学,也是一门实验科学。在生物学的发展过程中,尤其是实验生物学出现以后,研究手段和方法一直起着非常重要的促进作用。有些研究技术和方法的出现,甚至使生物学产生了飞跃性的发展,如显微镜技术和基因工程技术等分别导致了近代和现代生物学的产生。没有研究技术和方法的不断进步,也就没有生物学今天的巨大发展。所以学习生物科学,不仅要学习生物学的概念,还要了解生物学概念所蕴涵的科学技术和研究方法。
(一)渗透传统的生物学研究方法
生物学传统的方法较多,如观察法、调查法、显微镜法、放射性同位素示踪法、解剖法、实验法等,它们不仅是生物学积累事实材料的基本手段,而且是检验假说和理论的重要途径。如学习“生物体的化学元素”的概念时,渗透“放射性同位素示踪法”;学习“矿质元素”概念时,渗透“土培法”“沙培法”“水培法”;学习“叶绿素”概念时,渗透“层析法”和“光谱法”;学习“动物激素调节”的概念时,渗透临床观察法和动物实验法(如腺体摘除法、腺体移植法、结扎法、注射法、口服法等);学习“种群”概念时,渗透“标志重捕法”。
(二)渗透模型方法
美国《国家科学教育标准》把模型和科学事实、概念、原理、理论并列为科学主题的重点,并将构建、修改、分析、评价模型作为高中学生的基本科学探究能力。《标准》依据国际科学教育的发展,将模型和模型方法列入了课程目标。所谓“模型”,是指模拟原型(所要研究的系统的结构形态或运动形态)的形式。它不再包括原型的全部特征,但能描述原型的本质特征。模型方法是以研究模型来揭示原型的形态、特征和本质的方法,是逻辑方法的一种特有形式。如在高中生物课程中经常使用的物质模型有实物模型如生物体结构的模式标本,模拟模型如细胞结构模型、各种组织器官的立体结构模型等;思想模型是物质模型在思维中的引申,根据构建模型的思想方法的不同,又可以分为两类。一类是以形象化方法(或称为意象思维方法)构建的具象模型,它是人们在思维中通过对生物原型的简化和纯化而构思出来的。具象模型具有一定的形态结构特征,如DNA分子双螺旋结构、生物膜液态镶嵌模型等。它能使研究对象直观化,既可以促进研究,又可以简略描述研究成果,使之便于理解和传播。另一类是以理想化方法(或称抽象思维方法)构建的模型,是人们抽象出生物原型某方面的本质属性而构思出来的,例如,呼吸作用过程图解、光合作用过程图解等过程理想模型,食物链和食物网等系统理想模型。[2]《标准》很重视模型和模型方法。例如,“稳态与环境”模块中有两个活动建议:“探究水族箱(或鱼缸)中群落的演替”和“设计并制作生态瓶”,都是运用模型的探究。所以,生物学教学中,要结合生物学概念的教学,不断地渗透模型的方法,这不仅能完善学生对生物学概念的认知结构,而且能提升思维能力。
(三)渗透数学方法
数学方法指运用数学语言表述事物的状态、关系和过程,并加以推导、演算和分析,以形成对问题的解释、判断和预测的方法。目前,数学在生物学、医学等领域正起着越来越重要的作用,数学方法在科学教育中的价值更是不言而喻。高中生物课程对数学方法的使用主要有三个方面。第一,用数学式来定义抽象的生物学概念。《标准》没有明确要求用数学式定义概念,但“稳态与环境”模块中,列举“种群的特征”这个知识点,如果涉及种群密度,年龄结构和性别结构,出生率和死亡率等,就是用数学式定义的概念。这类定量的概念以数学方法揭示事物的本质及其发展变化规律,为研究工作提供一种简明精确的形式语言,具有重要的科学认识论价值和方法论价值。第二,用数学方法对生命现象的空间关系和数量关系进行描述、分析和计算。如以条形图、曲线图、统计图等来表现某一生命现象的统计数字大小及其变化。第三,用统计方法来研究随机现象的规律性变化。统计方法在生物界广泛存在,学习“遗传定律”时,渗透孟德尔是如何使用描述统计方法对豌豆杂交实验结果进行定量观察和数据分析,依据统计方法从样本到总体的推理,才发现了遗传性状的分离现象和自由组合现象。
(四)渗透系统分析方法
现代生物学的分析性研究已深入到分子、量子水平,但为了揭示生命运动的奥秘,还必须从生命系统的各个组成部分的联系和相互作用中,从它们和外界环境的相互联系和相互作用中了解整体。这就需要进行系统分析。现代系统分析包括定性分析和定量分析,高中生物学教育一般只能做定性分析,如同美国《国家科学教育标准》所要求的“学会从系统的角度思考和分析问题”。例如,学习“细胞器”的概念时,要让学生明白每个细胞器都具有一定功能,而且它们的结构与功能一般相互联系,但要完成某个具体功能时,细胞必须是一个完整的结构,否则就不行。又如,生物膜也是一个系统,它包括细胞膜、核膜、液泡膜、线粒体模、叶绿体膜、内质网膜、高尔基膜等,它们的组成成分是一样的,但具体的功能不同,它们是相互联系、相互制约、不可分割的统一的整体。又如“生态系统”的概念,是一个宏观的系统,它们的组成及营养结构组成一个典型的系统。
五、生物学概念蕴涵价值的体现
生物课程中的价值观具有丰富的内涵,价值观不仅强调对个人价值的判断,更强调对社会价值、科学价值、人文价值的判断。在生物学概念的教学中,要充分挖掘概念所蕴涵的价值因素,并有意识地贯穿于教学过程之中,这样才能使情感态度与价值观有机地渗透到课程教学内容中去。
(一)实用价值
生物学与人们的衣食住行、卫生保健以及环保密切相关。生物学对人类生活的实用价值是人类发展史上一个古老的话题,但在今天却被赋予新的意义。例如,在学习“细胞的分裂、分化、癌变、衰老”“生殖、发育”等概念时,可以让学生了解目前生物学在植物组织培养技术、克隆技术、生殖技术、器官移植、恶性肿瘤治疗等方面的应用价值;在学习“植物新陈代谢”概念时,可以让学生了解生物学在解决我国目前社会经济发展的一大热点——“三农”问题中的重大作用;学习“发酵”概念时,让学生了解利用酵母菌发酵制造啤酒、果酒、工业酒精,利用乳酸菌发酵制造奶酪和酸牛奶,利用真菌大规模生产青霉素,利用微生物发酵生产药品,如人的干扰素、胰岛素和生长激素等方面的应用价值。
(二)科学人文价值
人们常说,21世纪生命科学将成为带头科学,这一方面指生物科学技术的发展正在极大地影响着人们的生活和经济、技术的发展,另一方面指生物科学的发展正在深刻地改变着人类的思想和思维方式。生物学不仅具有科学价值,还具有巨大的人文价值。在生物学概念教学中,渗透人文性和科学性的统一,能拓宽学生的学科视野,使学生的抽象思维和形象思维协调发展,既有利于学生全面发展,又有利于培养学生创新的思维品质。例如,在学习“酶”的概念时,让学生了解有关酶的诺贝尔奖获得者及成就,同时,还可以讲解其中一些科学家不畏艰难、不畏权威,勇于攀登的科学精神。这样不仅能激发学生以后从事科学研究的动机,而且能激发学生形成勇往直前的精神。
(三)美育价值