對生物學(xué)核心概念及其內(nèi)涵的研究

對生物學(xué)核心概念及其內(nèi)涵的研究

從中學(xué)生物學(xué)教學(xué)來看，能夠使學(xué)生終身受益的，不是具體的生物學(xué)專業(yè)知識，而是影響他們世界觀、人生觀和價值觀的生物學(xué)觀念；不是諸如分類、實驗、計算等特殊的方法和技能，而是影響他們思維方式和問題解決能力的具有生物學(xué)特點(diǎn)的認(rèn)識論和方法論。學(xué)生能否牢固地、準(zhǔn)確地建立起反映生物學(xué)觀念的基本的生物學(xué)核心概念體系，應(yīng)當(dāng)是中學(xué)生物學(xué)教學(xué)的主要目標(biāo)。但是在觀察教師的教學(xué)后，發(fā)現(xiàn)在大量的中學(xué)生物學(xué)課堂中師生雙方集中于對具體事實性知識的孤立傳授和記憶。而孤立的事實性知識往往教育價值有限。這樣教師在教學(xué)中就不得不去覆蓋教材中所有的學(xué)科知識內(nèi)容，不但加重了學(xué)生的學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)，而且學(xué)生分析問題、解決問題和進(jìn)行高水平思維的能力得不到發(fā)展。學(xué)生花費(fèi)大量時間進(jìn)行解題的操練，但他們對生物學(xué)現(xiàn)象本質(zhì)的認(rèn)識仍非常淺薄，解決生物學(xué)問題的能力仍非常有限，這對學(xué)生的終身發(fā)展是不利的。鑒于此，生物學(xué)新課程提出要重視學(xué)生對生物學(xué)核心概念的深入理解，而不是支離破碎地記憶一些孤立的事實和對概念定義的死記硬背。那么生物學(xué)核心概念有什么特點(diǎn)？怎么來認(rèn)識生物學(xué)核心概念？如何甄別生物學(xué)核心概念？這些問題無疑都是極為重要的。為此，本文將針對這些問題進(jìn)行一些探討。一、對生物學(xué)核心概念的認(rèn)識1.從生物學(xué)科知識結(jié)構(gòu)角度看生物學(xué)核心概念布魯納認(rèn)為，任何學(xué)科都有其基本結(jié)構(gòu)，任何與該學(xué)科有聯(lián)系的事實、論據(jù)、概念等都可以不斷地納入一個處于不斷統(tǒng)一的結(jié)構(gòu)之內(nèi)。這種基本結(jié)構(gòu)是學(xué)生必須掌握的科學(xué)因素，應(yīng)該成為教學(xué)過程的核心。因為學(xué)生如果掌握了學(xué)科知識的基本結(jié)構(gòu)，就可以獨(dú)立地面對并深入新的知識領(lǐng)域，從而不斷地獨(dú)立地認(rèn)識新問題，增多新知識。這一點(diǎn)在“知識爆炸”的時代顯得至關(guān)重要。生物學(xué)的學(xué)科知識基本結(jié)構(gòu)應(yīng)該呈現(xiàn)圖1的形式：從圖1中不難看出，要理解生物學(xué)的學(xué)科知識基本結(jié)構(gòu)，首先要知道什么是“生物學(xué)概念”。生物學(xué)概念是在眾多的生物學(xué)事實的基礎(chǔ)上歸納、推理出來的結(jié)論。廣義的生物學(xué)概念包括一些原理、規(guī)律、理論等知識，它區(qū)別于日常用語中的“概念”，在日常用語中人們往往將概念與一個詞或一個術(shù)語同等對待。這里，之所以要強(qiáng)調(diào)“生物學(xué)概念”，是為了把教材中的教學(xué)內(nèi)容區(qū)分為生物學(xué)“事實”和生物學(xué)“概念”兩種知識。為什么要區(qū)分事實和概念呢？生物學(xué)概念與生物學(xué)事件、生物學(xué)事實和生物學(xué)現(xiàn)象一樣，同為生物學(xué)知識。但從教學(xué)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。對于學(xué)生來說，掌握事實性知識，主要靠記憶；掌握概念性知識需要思維的訓(xùn)練。教材的主干知識都是概念性知識。而事實性知識，多數(shù)是零散的、枝節(jié)性的，教材中列舉的事實都是用來支撐概念建構(gòu)的。概念是由眾多事實歸納推理分析得出的，是思維的產(chǎn)物。概念是思維的基本單位，是知識的細(xì)胞。不同版本的教材闡述的生物學(xué)概念是相同的，同一個生物學(xué)概念可以用不同的生物學(xué)事實來支撐和闡述。通過生物學(xué)核心概念的教學(xué)，教師對不同版本教材的內(nèi)容就可以用生物學(xué)核心概念來加以統(tǒng)一起來，把生物學(xué)概念的教學(xué)作為教學(xué)的重點(diǎn)，就能夠真正地使學(xué)生掌握生物學(xué)理論，而不是死記硬背很多“生物學(xué)事實”，從而真正提高生物科學(xué)素養(yǎng)。生物學(xué)科知識的基本結(jié)構(gòu)的最底層是生物學(xué)事實，是建立生物學(xué)概念的基礎(chǔ)。生物學(xué)概念之間的經(jīng)緯交織的相互聯(lián)系構(gòu)成了生物學(xué)科的基本結(jié)構(gòu)。核心概念位于學(xué)科知識結(jié)構(gòu)中一般概念的上層，有學(xué)者也稱其為“概念聚合器”，它聚合著學(xué)科的一般概念。這種聚合不是簡單的疊加，而是一種規(guī)律性的認(rèn)識，具有遷移應(yīng)用的價值。美國課程專家艾里克森指出，“要為教學(xué)單元確定一個聚合概念（核心概念），如果沒有一個聚合概念（核心概念），那么單元的學(xué)習(xí)只能停留在較低的認(rèn)知水平，這時學(xué)生總是試圖對相關(guān)的事實進(jìn)行死記硬背[1]?！毕旅嬉猿踔猩飳W(xué)中“動物的行為”單元為例對生物學(xué)核心概念以及一般概念、學(xué)科事實的關(guān)系加以說明（如圖2所示）。從圖2中可以看出，“動物借助于行為適應(yīng)外界多變的環(huán)境”是在大量的關(guān)于動物行為事實以及關(guān)于先天行為、學(xué)習(xí)行為和社會行為一般概念的基礎(chǔ)上形成的規(guī)律性的認(rèn)識，這種規(guī)律性的認(rèn)識具有普適性，可以統(tǒng)攝先天行為、學(xué)習(xí)行為和社會行為這些一般概念，而且具有遷移應(yīng)用價值。一旦形成了“動物借助于行為適應(yīng)外界多變的環(huán)境”核心概念后，就可以解釋“為什么某某動物會具有某某行為”等大量的事實現(xiàn)象了。因此，學(xué)生形成了核心概念后，通過遷移應(yīng)用就可以解決事實性問題，不但減輕了學(xué)生的學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)，而且提高了分析問題、解決問題的能力，這正是核心概念的教學(xué)價值所在。再如，《美國加州科學(xué)內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)》9～12年級生物學(xué)“遺傳和進(jìn)化”部分中確定了6個核心概念[2]，現(xiàn)以其中的一個為例看核心概念與一般概念的關(guān)系如表1所示?？梢?，核心概念具有統(tǒng)攝一般概念和事實性知識的作用，因為一般概念更接近于事實性知識，而核心概念則是超越于具體、事實性知識的認(rèn)識。2.什么是生物學(xué)核心概念美國課程專家艾里克森在《概念為本的課程與教學(xué)》一書中指出“提高學(xué)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)更多的是要求思維能力的提升，而不是掌握更多的事實內(nèi)容。因此，教學(xué)內(nèi)容應(yīng)該圍繞各學(xué)科的核心概念進(jìn)行選擇。”[1]她認(rèn)為核心概念是居于學(xué)科中心，具有超越課堂之外的持久價值和遷移價值的概念性知識、原理、規(guī)律或方法?！睹绹鴩铱茖W(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》中生命科學(xué)的內(nèi)容按照學(xué)段以“一句話”的形式列出了該學(xué)段的內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)及支持內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)的核心概念。例如表2所示的細(xì)胞這一核心概念的表述[3]。生物學(xué)核心概念不是一成不變的，有些概念對中學(xué)生來說是核心概念，對專家來說可能是一般概念。不同學(xué)段的生物學(xué)核心概念是不同的，也就是說，生物學(xué)核心概念實際上是教師應(yīng)該通過教學(xué)過程使學(xué)生形成的關(guān)于生命本質(zhì)的正確認(rèn)識或看法。生物學(xué)核心概念是對同一類生物學(xué)問題本質(zhì)特征的概括。例如“生命有機(jī)體維持其生命活動需要不斷地攝取能量”這一核心概念，就是在分析生物體進(jìn)行新陳代謝過程中，概括出來的這一本質(zhì)認(rèn)識：從分析生物體與環(huán)境的關(guān)系入手，發(fā)現(xiàn)生物體是開放系統(tǒng)，生物體和周圍環(huán)境不斷進(jìn)行著物質(zhì)的交換和能量的流動。一些物質(zhì)被生物體吸收后，在其中發(fā)生一系列變化，最后成為代謝過程的最終產(chǎn)物而被排出體外。在代謝過程中，生物體內(nèi)的能量總是不斷地轉(zhuǎn)化，而能量的每一次轉(zhuǎn)化總要失去一些可用的自由能。所以生物體必須從外界攝取自由能來保持它的穩(wěn)定。理解“生命有機(jī)體維持其生命活動需要不斷地攝取能量”概念的本質(zhì)，有助于學(xué)生理解生命的本質(zhì)，從系統(tǒng)的角度來認(rèn)識生命系統(tǒng)。綜上所述，核心概念不同于一般的科學(xué)概念，它可以統(tǒng)攝一般的概念，可以揭示學(xué)科知識的本質(zhì)和學(xué)科知識之間的聯(lián)系，具有統(tǒng)整學(xué)科知識的功能。二、怎樣甄別生物學(xué)核心概念生物學(xué)核心概念是生物學(xué)最核心的概念性知識，是反映學(xué)科本質(zhì)的概念，它們相互組合構(gòu)成了學(xué)科基本結(jié)構(gòu)的骨架，而且它們的組合能夠反映生物科學(xué)的基本面貌。這樣的概念可以統(tǒng)攝學(xué)科的一般概念，可以揭示一般概念之間的聯(lián)系，具有統(tǒng)整學(xué)科知識的功能。對生物學(xué)核心概念的掌握程度反映了一個人的生物學(xué)素養(yǎng)。甄別生物學(xué)核心概念要考慮以下幾個方面：第一，生物學(xué)核心概念是構(gòu)成學(xué)科基本框架的概念。生物學(xué)是研究生命現(xiàn)象和生命活動規(guī)律的科學(xué)。在生物學(xué)這門基礎(chǔ)自然科學(xué)中，離不開對事物和現(xiàn)象的過細(xì)描述和具體分析。核心概念可以揭示科學(xué)知識的本質(zhì)及其相互聯(lián)系，能夠?qū)⑦^細(xì)的描述和具體分析的信息片段融入廣闊的、有邏輯內(nèi)聚力的結(jié)構(gòu)中，在這樣的結(jié)構(gòu)中，信息片段的關(guān)系被凸顯出來。因此，在生物學(xué)教學(xué)中，要建構(gòu)匯集信息片段的知識結(jié)構(gòu)，并能將其納入上述的全信息結(jié)構(gòu)之中，這個知識結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)就是學(xué)科的核心概念，因此它是構(gòu)成學(xué)科基本框架的概念。第二，生物學(xué)核心概念是具有文件夾功能的概念。如果教師能夠成功地提煉教學(xué)單元的核心概念，并且將它們組合成能夠反映生物科學(xué)基本面貌的核心概念體系，然后圍繞該體系選擇知識內(nèi)容，淡化與該體系沒有直接關(guān)系的知識，這樣選擇出來的較少量的知識，比課程中龐雜的知識體系具有更強(qiáng)的學(xué)科教育功能。第三，生物學(xué)核心概念是具有統(tǒng)攝思維功能的概念。核心概念的提煉和梳理需要按照知識的內(nèi)在聯(lián)系和規(guī)律性，將零散的整體化、條理化，建構(gòu)起脈絡(luò)清晰、條理分明、相互之間有機(jī)聯(lián)系的體系。這樣一個具有邏輯內(nèi)聚力的體系在建構(gòu)過程中需要整體思維的把握。第四，生物學(xué)核心概念是具有遷移價值的概念。科學(xué)的其他領(lǐng)域同樣存在著可以反映事物規(guī)律與聯(lián)系的核心概念，對于學(xué)科核心概念的理解可以遷移到其他領(lǐng)域，這樣學(xué)生學(xué)會整體地、聯(lián)系地、發(fā)展地、本質(zhì)地看問題，形成科