对生物学前科学概念转化的分析与思考

郭玉华

概念教学是一种帮助学生学习和形成概念的教学活动，本文所讨论的概念教学特指围绕着生物学概念展开的教学活动。初中学生在接受正式的科学教育之前存在着的生物学前概念与科学概念有很大的偏差，这是他们通过长期的经验积累与辨别式学习而获得的一些感性印象、积累的一些缺乏概括性和科学性的经验，他们所具备与生物科学知识相悖或不尽一致的观念和规则是生物学前概念。这些前概念既是学生学习生物学知识的障碍也可以是很好的课程资源，教师在教学中及时扑捉到学生的前科学概念并且将其转化为重要的课程资源是教师的一项重要的基本功。而且基于学习者的前概念所进行的教学能有效的促进学习者的学习深度。下面利用课堂实例来剖析概念教学中利用学生前概念资源进行概念转化时应注意的要点及转化策略。

1有关“呼吸作用”和“呼吸运动”前概念的转化

学生在学习完“呼吸作用”和“呼吸运动”这两个概念后，教师通过让他们回忆则会发现他们的理解存在着混乱的状况，下面的对话可以证明这种现象的存在。

师：请大家用简洁的语言说一下什么是人的呼吸作用？什么是松树的呼吸作用？

生：人的呼吸作用就是吸气和呼气的过程。松树的呼吸作用松树吸收氧气，分解有机物，产生二氧化碳和水，并释放能量的过程。

师：请大家再回忆一个问题。什么是呼吸运动？

生：人的吸气和呼气的过程就是呼吸运动。

师：咦？人的呼吸运动和呼吸作用怎么是一个答案呢？

生：……（学生通过各种分析，得出呼吸运动是指胸廓有节律的扩大和缩小，包括吸气和呼气两个过程，是呼吸肌运动的结果。学生对人的呼吸作用有涉猎，但没有分析明白与呼吸运动的本质区别）

师：老师还有一些资料，我们一起来分析一下。有人收集了人和动物呼出的气体并对其成分进行了分析，本文是黑龙江省教育科学“十二五”规划重点课题“初中生物学概念教学的研究与实验”（课题编号为Ji1212038）的研究成果。发现呼出的气体与吸进的氧气和二氧化碳的含量有变化（给出数据）。这是怎么回事？

学生展开讨论。

讨论结果达成如下共识：①动物和人的呼吸作用与植物相似。②呼吸作用的本质是外界空气中的氧气进入到细胞内分解有机物并产生了二氧化碳、水等代谢废物并释放出能量的过程。③呼吸运动是一种运动，气体成分没有进到细胞里，呼吸作用是一种生理变化过程，空气中的氧进到了细胞里。

在上述对话中，教师与学生之间的沟通与交流是平等的、像拉家常一样。这样学生放下了心理负担，不怕被老师批评、不怕被同学嘲笑，敢于发表自己的真实观点、敢于表达自己真实的认知，可以充分地暴露他们的前概念（特别是那些与科学概念相抵触的错误概念），有利于教师及时发现学生的认知误差，继而设置认知冲突、提供具体事实资料，引导学生由浅入深、由易到难、由现象到本质、由感性到理性解决问题。这样的过程有利于学生的信息获取能力、沟通能力、质疑和批判的能力以及独立思考和解决问题的能力的提升和进步。更重要的是学生对于概念的理解也可以在这一过程当中变得更为深入和透彻。另外，学生之前所形成的介于生活认识同科学认知之间的偏差也可以实现有效地纠正和澄清。在这一过程当中，教师的有效引导变得至关重要。教师应当尽力确保在相应的教学过程中精心设置一些具有思考价值的问题，积极地调动学生参与到课堂互动过程中的积极性，最终以便于实现对于概念本质的积极讨论中去。

类似“呼吸作用”和“呼吸运动”前概念的转化过程，师生平等对话与交流暴露学生前概念的重要环节，教师设置认知冲突、提供具体事实资料是深刻理解概念内涵、外延的有效策略，有效引导是锻炼学生思维品质、进行概念转化不可或缺的“助推剂”。

2通过“传染病”具体的例证辨析概念内涵和外延实现前概念的转化

“传染病”的概念是《义务教育生物学课程标准（2011版）》（以下简称为《标准》）第十个专题：健康地生活中“传染病及其预防”的一个概念。《标准》具体内容标准中对这部分内容的要求有两条分别是这样叙述的：①说明传染病的病因、传播途径和预防措施；②列举常见的寄生虫病、细菌性传染病（包括淋病）、病毒性传染病（包括艾滋病）。《标准》的活动建议也分别叙述：①调查当地的主要传染病；②收集（包括从报纸、书刊、网络）有关艾滋病的资料。另外《标准》中还要求教师在教学中帮助学生形成这样的重要概念：按照是否有传染性，可将疾病分为传染性疾病和非传染性疾病。结合《标准》和教师对学生中前概念的掌握确定通过适时辨析内涵、外延和相应例证来转变学生对“病原体”、“传染性疾病”、“非传染性疾病”中存在的前概念。

事物的内涵和外延是概念的两个基本特征。内涵就是概念所反映的事物的特有属性，是概念的含义。例如，由病原体引起的，能在人与人或人与动物之间传播的疾病叫做传染病。课例中针对初中生的認知能力采用列出“不包含病原体、不能在人与人或人与动物之间传播的疾病”，带领学生辨析、描述等方式方法来表述概念的内涵，并以此传递概念，化抽象为形象、具体，化单向传授为多层面交流和思辨，达到了事半功倍的效果。外延是概念所反映的本质属性的全部对象，它表明概念所反映的对象有哪些，通常是用划分的方法确定，即把一个概念的外延分为几个小类的逻辑方法。例如，具有由病原体引起的，能在人与人或人与动物之间传播的疾病的所有对象，这样的对象就不再一一列举。本节重点研讨依据传播途径进行的分类。即下面的四类传染病是这个概念的外延：空气传播、饮食传播、体液传播、虫媒传播。教师列出24种具体的病例来给传染病分类以实现对传染病外延的扩展或收敛。通过思维这一工具将知识变成个人的内在素质、信念、能力的一部分，再运用知识解决遇到的各种问题。

学生通过这部分内容的学习，首先通过自身现有的知识结构来认识新鲜事物，接着通过自己的认知结构结合环境的变化，经过“同化”和“适应”这两个步骤把新知识纳入到自己的认知结构当中使自己原本的认知结构实现变化，建构新的概念实现前概念的转化。

3完成科学探究概念转化的每一个细节都是渗透科学思维的“细胞”

“科学思维”是指尊重事实和证据崇尚严谨和务实的求知态度，运用科学的思维方法认识事物、解决实际问题的思维习惯和能力。学生表现为能够基于生物学事实和证据运用归纳与概况、演绎与推理、模型与建模、批判性思维等方法，探讨、阐释生命现象及规律。“科学探究”则是指能够发现现实世界中的生物学问题，针对特定的生物学现象进行观察、提问、实验设计、方案实施以及结果的交流与讨论的能力。由此可以看出发展科学思维是离不开科学探究的，而《标准》第一主题又将“科学探究”细分为5个重要概念：①科学探究是人们获取科学知识、认识世界的重要途径。②提出问题是科学探究的前提，解决科学问题常常需要作出假设。③科学探究需要通过观察和实验等多种途径来获得事实和证据。设置对照实验，控制单一变量，增加重复次数等是提高实验结果可靠性的重要途径。④科学探究既需要观察和实验，又需要对证据、数据等进行分析和判断。⑤科学探究需要利用多种方式呈现证据、数据，如采用文字、图表等方式来表述结果。5个重要概念中后面的四个是第一个的分解和细化，后面四个又需分解成若干细节分散到每一堂课中，在课堂中发现学生的前概念予以转化。

例如，有教师在高中“膜透性”的探究实验中，利用鸡蛋壳为实验材料，通过多组实验，对证据、数据等进行分析、判断。首先，用玻璃纸做实验时，增加了验证膜两侧的溶液中有没有蔗糖存在的环节，这是在演绎解释的基础上用另外一个实验的事实来证明对玻璃膜透性演绎推论是合乎规律、合乎规则的。接着，用去壳的鸡蛋做实验材料为学生使用器具、进行实验记录提供了载体。然后，将数据转化成表格和曲线使学生由感性认识到理性分析成为可能，也为学生展示成果提供可信的实验数据。

“科学探究”概念的建立是一个庞大而系统的工程，这个概念虽然是在《标准》第一主题提出的，但是却贯穿整个生物学科的教学过程。同时在教学中往往表现为对一般流程（提出问题、作出假设、制定计划、实施计划、得出结论）的解释上，考查的是学生对这个流程各个环节的记忆情况。科学探究概念的建立不光是要有教师的教和学生的学，更重要的是学生在实践过程中的体驗及感悟，需要教师在每个细节的处理上下功夫，发现和转变诸多存在于师生中的前概念。

总之，生物学科的概念及其概念教学在学生生物学习中占有十分重要地位，前科学概念的有效转化则直接影响着概念教学的效果。在教学中，教师要下真功夫、大力气把它做好，这对教师搞好生物学科的教学工作，提高学生生物学科的学习成绩，培养学生学习生物学科兴趣，提高观察能力、思维品质养成及热爱科学、勤于思考、善于专研勇于探索的创新精神具有重要的意义。