例談APOS理論視角下的生物學(xué)核心概念的建構(gòu)

陶忠華

(浙江省富陽中學(xué) 杭州 311400)

生物學(xué)概念是生物科學(xué)理論的核心內(nèi)容，是理解生物學(xué)知識(shí)、掌握生物學(xué)技能、發(fā)展生物學(xué)思維的基石，是提高生物科學(xué)核心素養(yǎng)的載體。在“有絲分裂”的概念教學(xué)中，教師通常讓學(xué)生搭建模型(如用“扭扭棒”演示染色體變化)或觀看視頻展示有絲分裂過程。前者沒有根據(jù)學(xué)生已有的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)，模擬的是脫離真實(shí)的虛假情境，最終是學(xué)生按教材中的細(xì)胞分裂圖“積極主動(dòng)”地模擬；而后者則是讓學(xué)生通過觀看記住有絲分裂的過程。兩者看上去形式不同，但都缺少了思維活動(dòng)——忽視概念從現(xiàn)象中抽象概括的過程。這會(huì)導(dǎo)致學(xué)生缺乏對(duì)概念本質(zhì)的認(rèn)知，缺乏在概念形成過程中對(duì)其中蘊(yùn)含的科學(xué)思想方法的體悟，造成學(xué)生對(duì)概念的機(jī)械記憶。究其原因，主要是因?yàn)榻處煂?duì)學(xué)生如何建構(gòu)概念的心理機(jī)制不清楚。

1 APOS理論視角下的核心概念——“有絲分裂”的建構(gòu)層次分析

APOS理論由杜賓斯基提出。他認(rèn)為：學(xué)生在概念學(xué)習(xí)過程中，只有結(jié)合自身的已有知識(shí)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行主動(dòng)的有意義建構(gòu)，才能理解所學(xué)概念，并將其納入已有的認(rèn)知圖式。而概念建構(gòu)的心理過程一般要經(jīng)歷四個(gè)階段或?qū)哟?，分別為活動(dòng)(action)階段、過程(process)階段、對(duì)象(object)階段和圖式(scheme)階段，取四個(gè)階段的英文單詞首字母，記為APOS理論。

1.1 活動(dòng)(action)階段——概念的初步建構(gòu) 生物學(xué)概念是基于實(shí)踐實(shí)驗(yàn)抽象而成的結(jié)果。因此，生物學(xué)概念教學(xué)應(yīng)該是學(xué)生有意義活動(dòng)的教學(xué)。學(xué)生借助于蘊(yùn)含著生物學(xué)概念本質(zhì)屬性的具體活動(dòng)或操作規(guī)則來認(rèn)識(shí)概念，并通過假設(shè)推理進(jìn)一步理解概念。例如，在“有絲分裂”的教學(xué)中，教師給學(xué)生設(shè)計(jì)活動(dòng)：“觀察細(xì)胞的有絲分裂”，學(xué)生觀察洋蔥根尖細(xì)胞有絲分裂永久裝片或馬蛔蟲受精卵有絲分裂永久裝片，發(fā)現(xiàn)生物體中存在著與其他體細(xì)胞不同的一些細(xì)胞。教師要求學(xué)生畫出各種不同的細(xì)胞形態(tài)與結(jié)構(gòu)，并描述這些細(xì)胞的特點(diǎn)，使學(xué)生對(duì)“有絲分裂”的概念有初步的認(rèn)識(shí)。

1.2 過程(process)階段——概念的提煉與形成 學(xué)生通過觀察、分析、比較和抽象，歸納出活動(dòng)階段中概念所具有的本質(zhì)屬性(即概念內(nèi)涵)，同時(shí)調(diào)整原有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，將新的概念納入已有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，以綜合形成概念。例如，對(duì)于這一階段的“有絲分裂”的概念教學(xué)，教師可以讓學(xué)生分析所觀察到的細(xì)胞圖并畫出其圖像，嘗試按有絲分裂的順序排列各個(gè)細(xì)胞，并說明這樣排列的理由，這種自我解釋的策略有助于學(xué)生對(duì)“有絲分裂”概念的內(nèi)化。

1.3 對(duì)象(object)階段——概念的符號(hào)性表征 杜賓斯基認(rèn)為：這一階段經(jīng)歷了三方面的內(nèi)部心理機(jī)制。一是過程的內(nèi)化，即過程的操作逐漸脫離具體的實(shí)際問題情境；二是過程的壓縮，將過程的操作簡(jiǎn)約化、抽象化；三是對(duì)象的實(shí)體化，使概念達(dá)到結(jié)構(gòu)化、整體化，完全擺脫過程的束縛和限制，由需要通過前后順序操作而在實(shí)質(zhì)意義上顯得空泛的一組過程脫胎成易于把握本質(zhì)的實(shí)體對(duì)象。這一階段，學(xué)生能對(duì)有絲分裂過程抽提、簡(jiǎn)約，突出有絲分裂的本質(zhì)特征，對(duì)其進(jìn)行符號(hào)性表征(圖1)。這時(shí)，有絲分裂概念已經(jīng)轉(zhuǎn)化為一個(gè)實(shí)體對(duì)象，可應(yīng)用于解釋相關(guān)的一些生命現(xiàn)象。

1.4 圖式(scheme)階段——概念網(wǎng)絡(luò)體系的建構(gòu) 作為對(duì)象的概念，能夠與學(xué)生頭腦中的已有認(rèn)知構(gòu)建聯(lián)系，形成更為復(fù)雜的概念網(wǎng)絡(luò)體系。此時(shí)，概念作為

圖1 “有絲分裂”的符號(hào)性表征

一個(gè)對(duì)象，以節(jié)點(diǎn)的形式存在于學(xué)生的認(rèn)知體系中。對(duì)“有絲分裂”的概念教學(xué)，這一階段教師可引導(dǎo)學(xué)生思考如下問題：①有絲分裂在多細(xì)胞生物的個(gè)體發(fā)育中起什么作用？②與有絲分裂有關(guān)的細(xì)胞器有哪些？這些細(xì)胞器在有絲分裂過程中起什么作用？③科學(xué)家在研究細(xì)胞周期時(shí)用什么科學(xué)方法？這也可以用于研究哪些生命現(xiàn)象？它們有什么共同之處？④如何分析有絲分裂過程中的染色體含量、DNA含量的變化？這一分析思路與方法也同樣適合于分析哪些生命現(xiàn)象？等等。

2 APOS理論視角下的“有絲分裂”概念教學(xué)目標(biāo)的確立

根據(jù)杜賓斯基對(duì)概念理解的四個(gè)階段(層次)的說明，在概念教學(xué)時(shí)可以設(shè)計(jì)相應(yīng)的學(xué)習(xí)目標(biāo)(表1)，此表能使教師明確學(xué)生在概念理解過程中的起點(diǎn)與指向，也能使學(xué)生明確自己的概念理解程度，有利于使概念教學(xué)更具實(shí)效。

表1 對(duì)“有絲分裂”概念理解的層次表

3 APOS理論對(duì)生物學(xué)核心概念建構(gòu)的教學(xué)啟示

3.1 充分結(jié)合學(xué)生已有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)和認(rèn)知規(guī)律 操作階段是學(xué)生建構(gòu)概念的起點(diǎn)，在引入概念的情境設(shè)計(jì)中，必須充分考慮學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)、認(rèn)知特點(diǎn)和規(guī)律，創(chuàng)設(shè)的概念情境盡可能真實(shí)，貼近學(xué)生的生活實(shí)際，為學(xué)生的概念建構(gòu)提供固著點(diǎn)。例如，對(duì)“有絲分裂”概念的情境創(chuàng)設(shè)，可以從觀察有絲分裂的永久裝片開始進(jìn)行概念建構(gòu)，遵循科學(xué)發(fā)現(xiàn)的過程，讓學(xué)生親歷概念的形成。

3.2 注重對(duì)情境材料的歸納和提煉 情境材料制約著學(xué)生對(duì)概念的理解和同化。情境材料越豐富和完善，越有利于學(xué)生對(duì)概念的提煉與歸納，有助于學(xué)生通過現(xiàn)象來探究概念的本質(zhì)特征。在概念的提煉與歸納過程中，要引導(dǎo)學(xué)生通過自我解釋來論證自己的假設(shè)與解釋，使學(xué)生由感性認(rèn)識(shí)上升至理性認(rèn)識(shí)。例如，在有絲分裂的教學(xué)過程中，讓學(xué)生分別觀察洋蔥根尖細(xì)胞的有絲分裂和馬蛔蟲受精卵的永久裝片，而不是臨時(shí)裝片是因?yàn)橛谰醚b片中有絲分裂過程的各個(gè)細(xì)胞都能找到。學(xué)生通過對(duì)兩個(gè)裝片的分析比較，能發(fā)現(xiàn)雖然動(dòng)、植物細(xì)胞的形態(tài)結(jié)構(gòu)不同，但其中的本質(zhì)特征——染色體的行為是相同的。在進(jìn)行有絲分裂過程的細(xì)胞圖的順序排列時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生從結(jié)構(gòu)與功能相統(tǒng)一的角度，推理下一階段將發(fā)生的染色體行為。最后，可以通過有絲分裂過程的視頻，來驗(yàn)證自己的排列順序是否正確，同時(shí)反思自己的推理解釋過程。

3.3 重視學(xué)生概念體系的建構(gòu)和認(rèn)知圖式的發(fā)展

教師在教學(xué)過程中，要努力引導(dǎo)學(xué)生多層面、多角度地聯(lián)系相關(guān)的生物學(xué)知識(shí)來整合所學(xué)概念并將其內(nèi)化，納入學(xué)生已有的認(rèn)知圖式，促進(jìn)概念體系的建構(gòu)、重組與發(fā)展。在建立以有絲分裂概念為核心的概念體系時(shí)，教師可以引導(dǎo)學(xué)生從知識(shí)點(diǎn)的角度來建立概念體系，如與有絲分裂相關(guān)的細(xì)胞器(線粒體、高爾基體、中心體、核糖體、高爾基體、細(xì)胞核等)、與有絲分裂相關(guān)的生命過程(蛋白質(zhì)合成、DNA復(fù)制、生物膜的流動(dòng)性等)，也可以引導(dǎo)學(xué)生從科學(xué)研究方法的角度，如研究有絲分裂過程時(shí)采用的同位素示蹤法，在研究分泌蛋白的合成與分泌、動(dòng)物激素的合成與分泌、噬菌體侵染細(xì)胞的實(shí)驗(yàn)、DNA的半保留復(fù)制等生命過程中同樣使用，從而能歸納出同位素示蹤法的應(yīng)用情境；甚至可以歸納分析DNA含量、染色體含量變化的方法——黑箱法(或來源去路法)來聯(lián)系其他的生物學(xué)過程。另外，教師也可以引導(dǎo)學(xué)生從生物學(xué)觀念的層面來建構(gòu)有絲分裂的概念體系，如前面所述的結(jié)構(gòu)與功能相統(tǒng)一的角度來說明各種細(xì)胞器如何協(xié)調(diào)配合來完成有絲分裂的過程等。對(duì)于學(xué)生概念體系或認(rèn)知圖式的外顯形式也可以多樣化，如概念圖、思維導(dǎo)圖、表格等。