概念圖在高中生命科學教學中的應(yīng)用

◎ 史 俊

《上海市中學生命科學課程標準（試行稿）》指出“中學生命科學課程旨在培養(yǎng)全體學生的生命科學思維” 。這種思維體現(xiàn)在從文字、圖、表等中獲取有效信息；用生命科學專業(yè)術(shù)語或圖、表準確表達思維過程等。教師要通過對教學內(nèi)容的“結(jié)構(gòu)化”組織，加強學習領(lǐng)域、科目、模塊或主題之間的整合，注意各章節(jié)或單元中教學內(nèi)容之間的相互聯(lián)系，幫助學生形成良好的認知結(jié)構(gòu)。

高中生命科學的概念教學既是重點，又是難點。但鑒于概念眾多且抽象復(fù)雜，概念間層次疊加等特點，學生往往難以準確掌握和靈活應(yīng)用。因此，如何結(jié)合生命科學的學科特點，尋找適切的教學手段并有效實施，是亟需突破的關(guān)鍵。圖文結(jié)合的概念圖能便于學習者從凌亂、片段的知識點中深化對概念的辨析、彌補遺漏的知識點以及剖析困惑點。

一、概念圖的定義和作用

概念圖是由美國康奈爾大學的諾瓦克教授基于奧蘇貝爾的同化學習理論提出的一種知識表征工具。它由概念和概念之間的連接詞（標簽）構(gòu)成，呈現(xiàn)出“概念—連接詞—概念”的命題結(jié)構(gòu)。

構(gòu)建概念圖可以幫助學習者追蹤自己的學習進程，有效提升認知參與度，促進對科學概念的深度理解。因此，在教學過程中，繪制或者學習概念圖是一種促進學習者深度學習的有效策略。

概念圖不僅是一種完美結(jié)構(gòu)的最終呈現(xiàn)，還是一種促進有效學習的組織手段。筆者以高中生命科學學科的一些重難點內(nèi)容為例，闡述概念圖的學習策略。

二、概念圖的學習策略和適用情況

概念圖存在不同的呈現(xiàn)形式和使用方法。教師需要根據(jù)不同場景獨立或組合使用概念圖，以利于提升學生的認知參與度，提高他們對科學概念的理解水平。

（一）概念圖翻譯

概念圖翻譯是指學生收到一份完整的概念圖后，根據(jù)所學知識或提出的問題用自己的語言進行翻譯的過程。筆者選擇“精子的形成過程”這一極具代表性的圖文結(jié)合的內(nèi)容來探討三種不同概念圖翻譯的學習策略。

“精子的形成過程”是滬教版高中《生命科學》第二冊第七章第三節(jié)的內(nèi)容。本章節(jié)內(nèi)容比較抽象，是高中生命科學的教學重點和難點。在學習此節(jié)內(nèi)容之前，學生已學習“有絲分裂”和“減數(shù)分裂的過程”，具備應(yīng)用專業(yè)術(shù)語看細胞圖的能力。高中生命科學設(shè)計的概念圖不僅僅是用生物學文本概念作為節(jié)點，用連線法將其搭建而成的一種圖示，更需要深層理解生物圖例中蘊含的生物學概念。“精子的形成過程”的完整概念圖包含5 個概念、4 個連接詞和5 張生物（細胞）圖，如圖1 所示。

圖1 “精子的形成過程”的完整概念圖

1. 概念翻譯

概念翻譯是指用生物學專業(yè)術(shù)語解釋“概念”的過程。教師在新授課中通常采用教材中的陳述詞句，或在復(fù)習課時結(jié)合教材的前后相關(guān)內(nèi)容綜合性表述相關(guān)概念。例如，教師在新授課中對 “初級精母細胞”這一概念的翻譯可以是：一個精原細胞經(jīng)過染色體復(fù)制，成為一個初級精母細胞，一個初級精母細胞經(jīng)過減數(shù)第一次分裂，形成兩個次級精母細胞，因此初級精母細胞對應(yīng)的是減數(shù)第一次分裂間期至減數(shù)第一次分裂后期。而教師在復(fù)習課中對 “初級精母細胞”這一概念的翻譯可以是：在初級精母細胞時期，細胞會經(jīng)歷同源染色體的兩兩配對即聯(lián)會、同源染色體的非姊妹染色單體交叉互換、同源染色體分離和非同源染色體的自由組合，也是遺傳三大規(guī)律的細胞學基礎(chǔ)。

2. 連接詞翻譯

連接詞翻譯是指用生物學專業(yè)術(shù)語描述概念與概念之間關(guān)系的過程。連接詞翻譯更有利于學生加強對生物概念的整體理解。例如，圖2 中的連接詞“同源染色體分離，非同源染色體自由組合，細胞均等分裂”表明的是從初級精母細胞形成次級精母細胞過程中的主要細胞特征。學習者的翻譯可以是：發(fā)生時期是減數(shù)第一次分裂后期，同源染色體上的等位基因分離，非同源染色體上的非等位基因自由組合，也可以嘗試將基因標在染色體上，這樣更有利于理解遺傳三大定律。

3. 生物圖翻譯

圖2 “連接詞”翻譯局部圖

生物圖翻譯是指用生物學專業(yè)術(shù)語解釋生物圖中的關(guān)鍵信息或用相關(guān)生物圖做進一步解釋的過程。例如，次級精母細胞的細胞圖如圖3 所示。

圖3 次級精母細胞的細胞圖

學習者可將次級精母細胞的細胞圖翻譯成以下多種形式。

（1）翻譯為文字，如：次級精母細胞是減數(shù)第一次分裂后形成的，細胞中的無同源染色體，其染色體的行為與有絲分裂類似。

（2）翻譯為次級精母細胞其他時期對應(yīng)的細胞圖，如圖4 所示。

圖4 次級精母細胞其他時期對應(yīng)的細胞圖

（3）翻譯為經(jīng)同源染色體分離，非同源染色體自由組合后的不同的細胞組合形式，如圖5 所示。

圖5 非同源染色體自由組合后的不同的細胞組合形式圖

筆者通過教學實踐發(fā)現(xiàn)，“概念圖”翻譯的有效性較高。在翻譯完整的概念圖的過程中，學生需要對概念和概念之間的聯(lián)系進行自我解釋。這不僅能夠提高學生的認知參與度，更有利于促進對科學概念的深度理解。

概念圖翻譯不僅適用于新授課，也適用于復(fù)習課。根據(jù)布魯姆的認知理論，學生對知識的認知要經(jīng)歷識記—理解—應(yīng)用—分析—綜合等一系列過程。學生在新授課的學習需識記并初步理解一定的主干知識，在復(fù)習課中需將已習得的知識遷移至新情境中，以提升分析和解決實際問題的能力。概念圖翻譯的適應(yīng)性更廣。

當然，概念圖中的概念往往不止涉及一節(jié)或一章內(nèi)容。學生需通過閱讀教材或借助其他途徑，用生物學的科學概念對每個概念、連接詞以及生物圖進行規(guī)范解釋，這必然導(dǎo)致其會耗費較多的時間。但學生若能積極應(yīng)用并貫穿于學習的全過程，必將提高對各種問題的解決能力，更能感悟問題解決過程的意義，即獲取問題解決過程中的學科思想、方法、觀念，真正體會生命科學核心素養(yǎng)的價值。

（二）生物學作圖

生物學作圖是指學生根據(jù)已有知識或信息進行生物作圖，以完善不完整概念圖的過程。筆者以“免疫”一節(jié)內(nèi)容為例，闡述生物學作圖的概念圖學習策略。

“免疫”是滬教版高中《生命科學》第二冊第五章第四節(jié)的內(nèi)容。為了方便學生記憶，幫助學生弄清各種免疫細胞的具體分工，通?？蓸?gòu)建這種骨骼化的文字概念圖（見圖6）。

筆者在教學過程中，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)有學生能看懂概念，也能熟記生物學概念，但卻看不懂生物圖。以“免疫”一節(jié)內(nèi)容為例，一旦試題中僅出現(xiàn)細胞免疫或體液免疫的局部圖示，學生就因抓不住關(guān)鍵信息而產(chǎn)生錯誤判斷。因此，要求學生將概念圖中的重要信息以作圖方式展示，如巨噬細胞畫有溶酶體；漿細胞無抗原受體且含有豐富的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)；抗體的“Y”形結(jié)構(gòu)特征；淋巴因子的顆粒狀；B、T 淋巴細胞具有特異性抗原受體等，通過諸如這些免疫細胞及免疫分子不同的生物圖特征來以區(qū)分其屬于何種免疫方式，則能使困惑點消散、重點有效落實，并以核心概念構(gòu)建認知發(fā)展的學習進階。具體如圖7 所示。

生命科學概念圖有著顯著的學科特點，在學習時既要能讀懂生物圖中的信息以認識基本概念，還要能畫出生物圖以提升對概念的理解。其他高中生命科學的常見可選擇主題內(nèi)容有：細胞分裂、光合作用、呼吸作用、中心法則、基因工程、遺傳圖解、細胞工程等。

圖6 “免疫”文字概念圖

（三）概念填寫

概念填寫是指學生收到一份缺失概念或連接詞的概念圖后，根據(jù)已有知識補全的過程。筆者以“物質(zhì)代謝”一節(jié)內(nèi)容為例，闡述概念填寫這一學習策略。

“物質(zhì)代謝”是滬教版高中《生命科學》第一冊第五章第四節(jié)的內(nèi)容，為該章節(jié)的最后一節(jié)。學習者需通過本節(jié)的學習構(gòu)建和提煉出本章的核心知識。圖8 是選自教材中的圖片，要求學生能對其缺失的部分填寫。概念圖中涉及的知識點有：生物體內(nèi)的化學反應(yīng)類型，糖的氧化分解過程中的物質(zhì)變化、能量轉(zhuǎn)換和場所，三大營養(yǎng)物質(zhì)的轉(zhuǎn)換等。圖中字母（A—F）代表概念，均表示物質(zhì)名稱，數(shù)字（1—4）代表連接詞，均表示過程名稱。

概念填寫比較適用于復(fù)習課。概念圖支持下的復(fù)習課倡導(dǎo)的是基于理解基礎(chǔ)的知識鞏固，其目標是構(gòu)建結(jié)構(gòu)化、系統(tǒng)化的知識體系。通過填寫概念圖，能梳理原本零散、無序的知識點，使其更具條理性和系統(tǒng)性。在概念圖幫助下掌握到的知識更為準確、完整，更有利于形成長期記憶及提升知識的靈活應(yīng)用能力。

圖7 “免疫”生物學作圖

圖8 “物質(zhì)代謝”概念填寫

概念填寫的學習時間相比概念圖翻譯和生物學作圖較短，選取教材圖片也更有利于引導(dǎo)學生在最后的復(fù)習迎考階段回歸課本，但認知參與度相對較低。

筆者通過教學實踐發(fā)現(xiàn)，概念填寫便于教學檢測。無論是合格考還是等級考的復(fù)習階段，教師都可以要求學生對概念圖的不同部分進行填空默寫，以利用課堂中極少的時間，更全面地掌握學生的學習和復(fù)習狀況。

三、概念圖的實踐成效與思考

在以概念圖為工具的學習引導(dǎo)下，學生以任務(wù)為驅(qū)動，目標指向源于教材但又高于教材，真正做到了為解答自己的疑問而進行自發(fā)性的探究。這一主動行為在不斷激發(fā)思維的廣度和深度的同時，更關(guān)注了思維的整體性建構(gòu)。

（一）學生的學習立場由被動轉(zhuǎn)向主動，個性化特征日趨明顯

概念圖是圖解的一種類型，可為基于語言的理解提供很好的輔助和補充，加速思維發(fā)生。概念圖的形式滲透了隱性作業(yè)的“看”“讀”“畫”，學生能切實感受到學習目的和方式的改變。識記某一知識點不再是學習的最終目標，而是起點。獲得知識的主要途徑不只是被動聽講，更來自持續(xù)地自我發(fā)現(xiàn)問題和自主解決問題。

概念圖要求學習者獲取、處理和分析教材中的相關(guān)信息，并以圖解的形式學習、回憶、識別和表達核心知識。每個人的思維都是與眾不同的，對同一張概念圖會有不同的解讀，從而形成具有個性化特征的學習。例如，前文中提及的“生物圖翻譯”，或文字翻譯或通過畫生物圖翻譯，只要能科學地完善并加深對概念的理解即可。

（二）學生的學習身份由接收者上升為引導(dǎo)者，學習模式走向多元

概念圖教學能創(chuàng)造出高效互動的教學環(huán)境。學生不僅是學習個體，還成為群體中的輔助者、組織者和引導(dǎo)者。通過幾個章節(jié)的學習實踐，具備獨立設(shè)計完整概念圖能力的學生在設(shè)計、研討、完善的過程中能進一步提高積極性，從多角度思考，提升綜合應(yīng)用能力。

不同的概念圖可適用于不同的學習階段、學習模塊、學習程度或?qū)W習需求。教師可根據(jù)差異采用不同的實施方式，如教師梳理并分層圖中的概念、連接詞和生物圖的“翻譯問題”，指導(dǎo)學生回答。而學生收集并整理“翻譯問題”后，可協(xié)助其他同學回答，或者依托分工合作的學習模式，把概念圖轉(zhuǎn)化為“問—答”的學習路徑，并在頭腦風暴中完善與優(yōu)化。

圍繞學科思想和核心概念，從整體到局部的概念圖復(fù)習策略建構(gòu)起的反倒是學生“由散到聚”的整體性認知與理解，使生命科學的教與學指向?qū)W科本質(zhì)，幫助學生形成生命觀念、關(guān)注生命科學學科的核心素養(yǎng)。對學生全面系統(tǒng)地理解科學概念具有促進作用，更能在引導(dǎo)學習意識層面體現(xiàn)出積極意義。

綜上所述，教師在教學中使用概念圖這種結(jié)構(gòu)顯化的學習工具，是通過構(gòu)建和重組更加可視的知識網(wǎng)絡(luò)以有效幫助學生梳理概念之間的關(guān)聯(lián)，引導(dǎo)其主動形成完備的知識體系，進而轉(zhuǎn)變學習方式，培養(yǎng)創(chuàng)新思維，最終達成真正的高效學習。