貴州
《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017 版2020 年修訂)》(以下簡(jiǎn)稱《標(biāo)準(zhǔn)》)指出,新的課程改革中,高中生物學(xué)的教學(xué)應(yīng)該遵循“內(nèi)容聚焦大概念”等基本課程理念。并且在《標(biāo)準(zhǔn)》中提出10 條大概念作為教材編寫和教學(xué)工作的指導(dǎo),其中包含必修部分4 條,選擇性必修部分6 條。
高中生物學(xué)的教學(xué),實(shí)質(zhì)上應(yīng)該是一個(gè)以概念構(gòu)建為主要途徑的思維發(fā)展過(guò)程。遵循“事實(shí)→生物學(xué)概念→生命觀念”的主要思維和認(rèn)知發(fā)展規(guī)律,將客觀的生命現(xiàn)象和生命活動(dòng)規(guī)律,經(jīng)過(guò)分析、推理、綜合、概括、抽象等思維過(guò)程,逐漸構(gòu)建出生物學(xué)概念,并發(fā)展成生物學(xué)大概念,同時(shí)經(jīng)過(guò)高度的抽象概括,形成生命觀念。
生物學(xué)概念是指人類在認(rèn)識(shí)生命現(xiàn)象及生命活動(dòng)規(guī)律的過(guò)程中,把所感覺到的事物的共同特點(diǎn)抽離出來(lái)并加以概括,從而形成的一種基本思維形式,能反映客觀事物的一般的、本質(zhì)的特征。生物學(xué)大概念則是指生物學(xué)學(xué)科領(lǐng)域內(nèi)最核心、最具有價(jià)值的學(xué)科內(nèi)容。大概念是高度概括的概念,是從基本概念中抽離和概括形成的。例如,《標(biāo)準(zhǔn)》中所列出的“細(xì)胞是生物體結(jié)構(gòu)和生命活動(dòng)的基本單位”就是在“細(xì)胞學(xué)”中占有重要地位的大概念。
從上述分析可以看出,生物學(xué)概念是從具體的生命現(xiàn)象或生命活動(dòng)規(guī)律中提出來(lái)的,而生物學(xué)大概念更具有概括性,在很大程度上對(duì)相關(guān)、相近的生物學(xué)概念進(jìn)行抽象概括,才能形成生物學(xué)大概念。例如前文所述的“細(xì)胞是生物體結(jié)構(gòu)和生命活動(dòng)的基本單位”就是在綜合“細(xì)胞的物質(zhì)組成”“細(xì)胞的基本結(jié)構(gòu)與功能”“細(xì)胞的統(tǒng)一性和多樣性”等相關(guān)生物學(xué)知識(shí)的基礎(chǔ)上形成的,而這些基本知識(shí)又包含了很多從生命現(xiàn)象及規(guī)律中概括出來(lái)的生物學(xué)概念,其歸納概括的過(guò)程可大致總結(jié)為如圖1 所示的模式圖。
圖1 “細(xì)胞是生物體結(jié)構(gòu)與生命活動(dòng)的基本單位”概念構(gòu)建模式
以“生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能”為例,從生態(tài)系統(tǒng)的組成成分上看,生態(tài)系統(tǒng)由生產(chǎn)者、消費(fèi)者、分解者組成的生物群落與陽(yáng)光、空氣、土壤、水等非生物的物質(zhì)和能量相互作用而構(gòu)成;從生態(tài)系統(tǒng)的內(nèi)部關(guān)系上看,生產(chǎn)者、消費(fèi)者、分解者之間存在復(fù)雜的種間關(guān)系,比如捕食、寄生、競(jìng)爭(zhēng)和互利共生,此外,分解者與非生物部分中的有機(jī)物之間還存在腐生關(guān)系。生態(tài)系統(tǒng)中的捕食、寄生、腐生等關(guān)系網(wǎng)實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)內(nèi)部的物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng),構(gòu)成生態(tài)系統(tǒng)的營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)。通過(guò)分析生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)關(guān)系,可以從這些事實(shí)之中形成一些基本的概念:1.生態(tài)系統(tǒng)由生物部分和非生物部分組成;2.生物群落內(nèi)部有捕食等多種復(fù)雜的種間關(guān)系;3.生態(tài)系統(tǒng)中的物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)是沿著食物鏈和食物網(wǎng)進(jìn)行的;4.生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)的各種群之間并非是獨(dú)立的,而是存在復(fù)雜的種間關(guān)系,同時(shí)生物群落與非生物的環(huán)境之間也有相互作用,這些都是靠信息傳遞實(shí)現(xiàn)的。通過(guò)對(duì)這些概念的抽象概括,就可以看出,生態(tài)系統(tǒng)的功能與其結(jié)構(gòu)密切相關(guān),更直接地說(shuō)就是“結(jié)構(gòu)決定功能”,這便是結(jié)構(gòu)與功能觀的核心。
通過(guò)對(duì)上述案例的分析可以看出,生命觀念是由生物學(xué)概念的抽象概括形成的,而生物學(xué)概念多源自于對(duì)客觀事實(shí)的分析。生命觀念是生物學(xué)概念的高度抽象化,是高于概念的一種對(duì)生命現(xiàn)象、事實(shí)的認(rèn)知結(jié)論和認(rèn)知方式。可以通過(guò)模型來(lái)反映三者之間的關(guān)系(如圖2)。
圖2 生物學(xué)基本概念構(gòu)建模式圖
生命觀念是生物學(xué)概念的一種高級(jí)表現(xiàn)形式,是統(tǒng)領(lǐng)諸多相關(guān)概念的核心。生命觀念的形成,需要經(jīng)過(guò)“事實(shí)(證據(jù))→概念→觀念”這一高度抽象和概括的過(guò)程。在凝練生命觀念的過(guò)程中必然要經(jīng)過(guò)大量的知識(shí)積累和概念分析。教學(xué)中可以通過(guò)一些特定的模式來(lái)進(jìn)行概念抽象,并凝練出生命觀念。通過(guò)圖3 所示的模型可以推演生物學(xué)概念與生命觀念的關(guān)系,同時(shí)在生命觀念的發(fā)展過(guò)程中逐漸完善生物學(xué)概念的構(gòu)建。
圖3 生物學(xué)基本概念修正模式圖
生物學(xué)教學(xué)過(guò)程在本質(zhì)上可以看作是生物學(xué)大概念構(gòu)建的過(guò)程,而學(xué)科核心素養(yǎng)發(fā)展始終貫穿于整個(gè)教學(xué)過(guò)程中。
生命觀念是由生物學(xué)概念抽象概括形成的,大概念也是眾多基本概念升華的結(jié)果。因此,生命觀念是在構(gòu)建大概念的過(guò)程中形成的。例如,“ 細(xì)胞的結(jié)構(gòu)與功能”是生命觀念中“結(jié)構(gòu)與功能觀”的重要內(nèi)容之一,形成“細(xì)胞的結(jié)構(gòu)決定功能”的觀念,需要對(duì)“細(xì)胞的物質(zhì)組成”“細(xì)胞的基本結(jié)構(gòu)與功能”“細(xì)胞的統(tǒng)一性與多樣性”等重要知識(shí)有充分的認(rèn)識(shí),尤其對(duì)“細(xì)胞的各種結(jié)構(gòu)與功能”“不同生物的細(xì)胞”或“同種生物的不同細(xì)胞結(jié)構(gòu)與功能的異同”等知識(shí)務(wù)必有清晰的認(rèn)識(shí)。比如“動(dòng)物細(xì)胞不能進(jìn)行光合作用”“非綠色部分的植物細(xì)胞也不能進(jìn)行光合作用”“只有綠色植物的部分細(xì)胞(主要是葉肉細(xì)胞)能進(jìn)行光合作用”,這些事實(shí)都體現(xiàn)出不同種類的細(xì)胞在功能(進(jìn)行光合作用)方面的差異。通過(guò)分析這些細(xì)胞的結(jié)構(gòu)可以發(fā)現(xiàn),真核生物的細(xì)胞只有含有葉綠體才能進(jìn)行光合作用。此外,藍(lán)藻雖然沒有葉綠體,卻也能進(jìn)行光合作用,是因?yàn)樗{(lán)藻細(xì)胞中含有相關(guān)的色素和酶。這些特征反映出“細(xì)胞的結(jié)構(gòu)決定功能”的特點(diǎn)。認(rèn)識(shí)到這些事實(shí)的必然聯(lián)系,是形成相應(yīng)觀念的重要前提。同時(shí),在整個(gè)分析過(guò)程中,可以構(gòu)建出“葉綠體是真核生物細(xì)胞進(jìn)行光合作用的場(chǎng)所”這一基本概念。其他各種細(xì)胞結(jié)構(gòu)亦然。
上述關(guān)于“細(xì)胞的結(jié)構(gòu)決定功能”的生命觀念形成的過(guò)程,也正是通過(guò)學(xué)習(xí)“細(xì)胞的物質(zhì)組成”“細(xì)胞的基本結(jié)構(gòu)與功能”“細(xì)胞的統(tǒng)一性與多樣性”等知識(shí),進(jìn)而構(gòu)建“細(xì)胞是生物體結(jié)構(gòu)和生命活動(dòng)的基本單位”這一大概念的重要過(guò)程,二者并無(wú)矛盾沖突。
大概念構(gòu)建的基礎(chǔ)是對(duì)客觀事實(shí)的分析,然而很多生命現(xiàn)象并非肉眼可見或者并非自然發(fā)生并存在的,而是需要通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)探究來(lái)使其顯現(xiàn)出來(lái),比如細(xì)胞的結(jié)構(gòu)需要借助顯微鏡才能觀察到,而還原糖的有無(wú)需要借助生物試劑等才能判斷出來(lái)。在教學(xué)過(guò)程中,大概念的構(gòu)建一方面需要充分利用前人的研究結(jié)果和結(jié)論,另一方面也離不開重復(fù)前人的研究過(guò)程或開展新的探究活動(dòng)。筆者認(rèn)為可通過(guò)科學(xué)實(shí)踐過(guò)程掌握更多的事實(shí)和證據(jù),結(jié)合已有的經(jīng)驗(yàn)和前人的結(jié)論,進(jìn)而完善知識(shí)體系,構(gòu)建出。例如在構(gòu)建“細(xì)胞的生存需要能量和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),并且通過(guò)分裂實(shí)現(xiàn)增殖”這一大概念的過(guò)程中,需要大量的實(shí)驗(yàn)證據(jù),如“物質(zhì)跨膜運(yùn)輸?shù)姆绞胶蜅l件”“細(xì)胞的失水和吸水”“酶的本質(zhì)、作用、特性及影響因素”“細(xì)胞呼吸的方式及影響因素”“光合作用的過(guò)程及影響因素”“細(xì)胞的增殖方式”等。實(shí)驗(yàn)探究是大概念構(gòu)建的重要依據(jù)之一。
拋開大概念的構(gòu)建需要科學(xué)探究作為基礎(chǔ)依據(jù)不談,其過(guò)程也是科學(xué)思維的體現(xiàn)過(guò)程,同時(shí)也是科學(xué)思維的訓(xùn)練過(guò)程。
大概念構(gòu)建在邏輯上就是分析、綜合、抽象、概括等思維過(guò)程。在這個(gè)過(guò)程中需要大量地運(yùn)用科學(xué)思維進(jìn)行邏輯推理與判斷。包括分析與綜合、歸納與推理、抽象與概括等在內(nèi)的思維過(guò)程均屬于科學(xué)思維能力的不同層次和表現(xiàn)形式。所以,構(gòu)建大概念的過(guò)程離不開科學(xué)思維的運(yùn)用,并對(duì)科學(xué)思維發(fā)展具有促進(jìn)作用。
社會(huì)主義核心價(jià)值觀、中國(guó)學(xué)生發(fā)展學(xué)科核心素養(yǎng)、《標(biāo)準(zhǔn)》等都從不同維度對(duì)社會(huì)責(zé)任進(jìn)行闡釋和界定。總體上看,生物學(xué)教學(xué)中需要落實(shí)的社會(huì)責(zé)任可分為三個(gè)層次:參與討論、作出解釋、判斷并解決問(wèn)題。
社會(huì)責(zé)任的培養(yǎng)是一個(gè)持久的過(guò)程,從始至終伴隨在每個(gè)人成長(zhǎng)的每個(gè)階段、每個(gè)學(xué)科教育中。但對(duì)于具體的學(xué)科教學(xué)內(nèi)容來(lái)說(shuō),并非每個(gè)教學(xué)內(nèi)容都要求強(qiáng)調(diào)社會(huì)責(zé)任的培養(yǎng)。生物學(xué)中的培養(yǎng)社會(huì)責(zé)任主要是從生命觀念、科學(xué)思維和科學(xué)探究的培養(yǎng)過(guò)程中逐漸升華凝練出社會(huì)責(zé)任的內(nèi)容。社會(huì)責(zé)任不是知識(shí)或概念,而是一種內(nèi)在的擔(dān)當(dāng)意識(shí)和能力要求。
就擔(dān)當(dāng)意識(shí)來(lái)說(shuō),教師需要在教學(xué)中注意培養(yǎng)學(xué)生正確的三觀、重要的法律意識(shí)和愛國(guó)主義情懷等;而對(duì)能力要求而言,事實(shí)上就是要求學(xué)生能樹立正確的三觀,有責(zé)任、有擔(dān)當(dāng)并努力學(xué)習(xí)科學(xué)文化知識(shí)、強(qiáng)健體魄、儲(chǔ)備必備知識(shí)、提升關(guān)鍵能力,為社會(huì)發(fā)展和國(guó)家建設(shè)儲(chǔ)備技能。社會(huì)責(zé)任的培養(yǎng)是基于必備知識(shí)和能力的,但最核心的是將愛國(guó)主義情懷根植于心,培養(yǎng)健全的人格和樹立正確的三觀。
生物學(xué)大概念的構(gòu)建,首先需要以《標(biāo)準(zhǔn)》提出的大概念為目標(biāo)導(dǎo)向,這是概念構(gòu)建的最終目標(biāo)。但生物學(xué)知識(shí)相對(duì)來(lái)說(shuō)較為分散,因此在大概念的基礎(chǔ)上要進(jìn)一步提出宏觀的知識(shí)系統(tǒng)作為指導(dǎo)教學(xué)的總綱要。通??梢园选吧镞M(jìn)化”“生物遺傳”等內(nèi)容作為高中生物學(xué)的主線索,但都不夠完善。而以“生命系統(tǒng)結(jié)構(gòu)層次”為線索,則可以囊括幾乎所有的高中生物學(xué)知識(shí),可以構(gòu)建一個(gè)完整的學(xué)科體系。在“生命系統(tǒng)結(jié)構(gòu)層次”的基礎(chǔ)上按《標(biāo)準(zhǔn)》將知識(shí)體系分為多個(gè)模塊,如“分子與細(xì)胞”“遺傳與進(jìn)化”等,每個(gè)模塊的知識(shí)也可以構(gòu)建相對(duì)獨(dú)立的知識(shí)模塊網(wǎng)絡(luò),以“分子與細(xì)胞”為例,如圖4 所示。
圖4 “分子與細(xì)胞”模塊知識(shí)網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)圖
概念構(gòu)建離不開對(duì)客觀事實(shí)和規(guī)律的分析。因此在教學(xué)過(guò)程中應(yīng)該注重更多的細(xì)節(jié)分析。這也是解決日常教學(xué)中學(xué)生抱怨“不理解”的重要途徑。例如,對(duì)于“為什么說(shuō)生命活動(dòng)離不開細(xì)胞”這個(gè)問(wèn)題,很難從正面直接進(jìn)行回答。但是,通過(guò)分別對(duì)單細(xì)胞生物、多細(xì)胞生物和病毒的生命活動(dòng)進(jìn)行分析,就能判斷出“沒有活細(xì)胞就不能進(jìn)行生命活動(dòng)”,進(jìn)而得出“生命活動(dòng)離不開活細(xì)胞”這一概念。
生物學(xué)是建立在科學(xué)探究的基礎(chǔ)上的學(xué)科,沒有眾多的科學(xué)研究就無(wú)法建立起生物學(xué)這座“大廈”。在教學(xué)實(shí)踐中,教師一方面要重視教材中的實(shí)驗(yàn)或探究活動(dòng),充分利用基本的實(shí)驗(yàn)活動(dòng)鍛煉學(xué)生的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)技能;同時(shí)也需要適當(dāng)?shù)亻_展自主的、開放的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和探究活動(dòng),在充分發(fā)揮學(xué)生自主探究能力的同時(shí)檢驗(yàn)科學(xué)探究能力的實(shí)際水平。在科學(xué)探究過(guò)程中,往往能夠多方面地獲取生命現(xiàn)象及規(guī)律相關(guān)的客觀事實(shí)(或者錯(cuò)誤的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象),需要充分地利用已有經(jīng)驗(yàn)和學(xué)習(xí)資源進(jìn)行綜合分析。所以在構(gòu)建概念的過(guò)程中還能充分地訓(xùn)練科學(xué)思維。
生命科學(xué)史是生物學(xué)教學(xué)的一個(gè)重要部分。生命科學(xué)史分散在教材的很多地方,很多概念的構(gòu)建都有科學(xué)史的影子。在教學(xué)中教師需要尊重科學(xué)史實(shí),通過(guò)科學(xué)事件逐步地分析,從而構(gòu)建生物學(xué)概念。這樣既符合科學(xué)發(fā)展規(guī)律,也是學(xué)生認(rèn)知發(fā)展的正常過(guò)程。例如,通過(guò)分析“達(dá)爾文金絲雀虉草實(shí)驗(yàn)→鮑森·詹森實(shí)驗(yàn)→拜爾實(shí)驗(yàn)→溫特實(shí)驗(yàn)”確定“胚芽鞘尖端產(chǎn)生了某種化學(xué)物質(zhì),在尖端下的伸長(zhǎng)區(qū)分布不均勻?qū)е屡哐壳蕪澢L(zhǎng)”,再分析“從人尿中分離出具有生長(zhǎng)素效應(yīng)的物質(zhì)——‘吲哚乙酸’和‘從植物體內(nèi)分離出具有生長(zhǎng)素效應(yīng)的物質(zhì),并確定就是吲哚乙酸’,可以得出“胚芽鞘尖端產(chǎn)生的生長(zhǎng)素由于單側(cè)光照射而向背光側(cè)運(yùn)輸,導(dǎo)致尖端下部的生長(zhǎng)素分布不均勻,背光側(cè)生長(zhǎng)素含量高,生長(zhǎng)較快,所以彎向光源生長(zhǎng)”這樣的結(jié)論。這是在解釋“植物向光性”過(guò)程中構(gòu)建概念的基本思路。類似的案例在生物學(xué)教學(xué)中還有很多,例如“DNA 是主要的遺傳物質(zhì)”“光合作用”“細(xì)胞膜的流動(dòng)鑲嵌模型”“細(xì)胞學(xué)說(shuō)的建立”等。
思維導(dǎo)圖是一種思維形象化的方式,是利用圖文結(jié)合的方式表達(dá)發(fā)散性思維的有效圖形思維工具,它簡(jiǎn)單、有效,是一種實(shí)用性強(qiáng)的思維工具。
通過(guò)思維導(dǎo)圖能使概念構(gòu)建的思路清晰地呈現(xiàn)出來(lái),促進(jìn)學(xué)生對(duì)概念的理解。同時(shí),在“分析事實(shí)→歸納概括→形成概念→高度抽象→形成生命觀念”的過(guò)程中,對(duì)學(xué)生的科學(xué)思維也有足夠的訓(xùn)練作用。并且,生物學(xué)的很多事實(shí)需要通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證或探究得出。在此過(guò)程中,學(xué)生的科學(xué)探究能力也能得到充分的發(fā)展。事實(shí)上,思維導(dǎo)圖只是教學(xué)模式中的一個(gè)宏觀環(huán)節(jié),在教學(xué)過(guò)程中有很多需要精細(xì)調(diào)控的細(xì)節(jié)。教學(xué)的最終目標(biāo)是全面促進(jìn)學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)發(fā)展,需要長(zhǎng)期堅(jiān)持方可取得理想的效果。
雖然經(jīng)常讓學(xué)生動(dòng)手繪制思維導(dǎo)圖有一定困難,但思維導(dǎo)圖仍然具有教學(xué)實(shí)踐意義。教師要合理地進(jìn)行調(diào)控,使思維導(dǎo)圖的使用具有足夠的可控性和可操作性,通常可以采用以下策略。
5.1 明確較小的具體知識(shí)范圍
學(xué)生的思維比較發(fā)散,通常沒有明確的方向,如果確定的題目范圍太大,那就可能會(huì)出現(xiàn)思維導(dǎo)圖混亂、可視性不高的情況。比如“分子與細(xì)胞”這個(gè)題目,從宏觀上來(lái)看,這個(gè)題目也可以構(gòu)建一幅思維導(dǎo)圖,但是任務(wù)量很大,學(xué)生在有限的時(shí)間內(nèi)完成構(gòu)圖的可能性很小。故可先將“分子與細(xì)胞”拆分為“細(xì)胞的物質(zhì)組成”“細(xì)胞的結(jié)構(gòu)與功能”“細(xì)胞代謝”“細(xì)胞的生命歷程”四個(gè)板塊,再對(duì)每個(gè)板塊進(jìn)一步拆分。例如從“細(xì)胞的物質(zhì)組成”中抽取“細(xì)胞中的有機(jī)化合物”,并按以下思路逐級(jí)抽取更小的概念:有機(jī)物→糖類→糖類的功能……將每一個(gè)模塊的知識(shí)分解為若干細(xì)小的知識(shí)點(diǎn),將整體任務(wù)分散。這不僅便于學(xué)生在較短時(shí)間內(nèi)完成構(gòu)圖,同時(shí)也更具有時(shí)效性。
5.2 提供主要的基本線條框架
學(xué)生發(fā)散的思維未必符合教學(xué)需要和科學(xué)發(fā)展規(guī)律。因此在構(gòu)建思維導(dǎo)圖的過(guò)程中,教師可以提供一些基本的圖文框架,起到引導(dǎo)和限定的作用,而細(xì)小的知識(shí)由學(xué)生補(bǔ)充。比如,在構(gòu)建“細(xì)胞呼吸”的思維導(dǎo)圖時(shí),教師可以提供如圖5 的基本框架。這樣更能在整體上發(fā)揮思維導(dǎo)圖的價(jià)值。
圖5 思維導(dǎo)圖范例——“細(xì)胞呼吸”
通過(guò)以“事實(shí)→生物學(xué)概念→生命觀念”為基本思路的概念構(gòu)建模式,逐漸由基本概念構(gòu)建生物學(xué)大概念,是概念教學(xué)的一種重要思路。概念構(gòu)建對(duì)學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展起到極大的促進(jìn)作用。
概念教學(xué)是一條需要長(zhǎng)期堅(jiān)持的教學(xué)策略,與現(xiàn)在普遍的教學(xué)思路有一定的差異,這個(gè)模式強(qiáng)調(diào)以基礎(chǔ)知識(shí)的記憶為根本促進(jìn)對(duì)學(xué)科綜合能力的培養(yǎng)。但這并沒有違背教學(xué)本身的規(guī)律,而且恰恰是符合學(xué)生認(rèn)知規(guī)律的一種教學(xué)模式。將大概念構(gòu)建與學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)有機(jī)地整合在一起,是真正實(shí)現(xiàn)高中生物學(xué)育人目標(biāo)的重要理念和教學(xué)途徑。