例谈教学中的生物学概念与事实

沈兆瑞 陈 虹

(天津市武清区杨村第一中学 天津 301700)

生物学概念是对生物的结构、功能以及生命现象进行的综合性阐述，在教学中处于核心地位[1]。《普通高中生物学课程标准(2017年版)》中明确要求“所有教学活动都应该有利于促进学生对生物学概念的建立、理解和应用”。概念的形成基于对事实的观察，前者是对后者共同之处进行抽象、归纳后的总结性陈述。教师应充分利用教材和日常生活中的生物学事实来帮助学生理解概念。然而，概念的形成并非一蹴而就，即使是对相同事实的概括也存在人为因素的差异。因此，在教学过程中，应引导学生正确描述事实，建立科学概念。

1 概念的形成离不开事实的支撑

目前使用的人教版、浙科版和中图版等教材中均穿插着丰富的生物学事实，并以表格、插图和学科史等多种形式呈现。教师在处理概念和事实的关系时，常采用“先概念，后事实”的教学模式，即先以概念构建知识框架，再通过典型事实提供支撑。该模式虽然能为知识的传授提供帮助，但在培养学生的科学思维上稍显乏力。

例如，在呈现概念“原核细胞与真核细胞的最大区别是原核细胞没有由核膜包被的细胞核”时，上述模式固然能让学生记住该概念，但是没有增强学生对客观事实的观察和总结能力。针对以上问题，可尝试“先事实，后概念”的教学策略： 先为学生提供丰富多样的生物学事实： 光学显微镜下大肠杆菌、酵母菌、狗的骨骼肌细胞以及蚕豆叶表皮细胞的照片。引导学生对上述细胞进行结构上的观察，并描述异同之处。学生结论如下： 酵母菌、狗骨骼细胞、蚕豆叶表皮细胞的细胞内都有明显的结构——“细胞核”，而大肠杆菌没有。进一步利用人教版教材中的插图——“大肠杆菌的电镜照片”，指出大肠杆菌的亚显微结构中只存在“无核膜包被”的拟核区域，而无成形的细胞核。最终完成从事实到概念的教学设计。

这种通过对生物学事实进行观察、总结而得出概念的教学模式，不仅加深学生在知识层面上的理解，而且有益于其科学思维的锻炼。

2 概念的产生有助于事实的理解

概念的产生是形成知识体系的必经之路，与零散的事实不同，概念是对多个客观事实观察后所进行的原理性、概括性陈述。近几十年来，生物学的发展速度令人惊叹，不计其数的生物学事实井喷式涌出。伴随而来的问题是： 如何在既定的学段内完成知识体系的构建，进而形成生命观念呢？新课标中强调，高中课程内容应该少而精，将生物学知识以“大概念”的形式串联起来，有利于学生在高中阶段最有效地掌握生物学概念和典型事实[2]。

例如，以人教版教材必修3中的“稳态”一节为例。该概念最早仅用于描述内环境在调节机制下维持相对稳定的状态，而随着学科的发展，人们发现稳态可应用于各个生物学领域： 分子水平上，基因的表达受到多种机制的调控以维持正常水平；个体依赖神经—体液—免疫调节网络来维持内环境的稳定；从生态系统角度来看，生物成分与非生物成分相互影响并通过自我调节保持相对稳定的状态。由此可见，不同领域的事实可归纳出相同的要素，概念的产生有助于人们理解事实的本质。

因此，在教学过程中重视事实的同时，也要训练学生利用生物学概念构建属于自己的知识体系。以概念为框架，用事实做支撑，培养学生的生物学核心素养。

3 科学假说是连接概念与事实的桥梁

起初生物学事实多源于对客观世界的直接观察，随着实验生物学的兴起，人为控制的科学实验也成为事实的重要来源之一。纵观学科史，任何概念的形成都不会一帆风顺，在探究真理的道路中，科学假说发挥着不可或缺的作用。与凭空猜想不同，科学假说的提出必须建立在事实之上。如图1所示，假说是对多个事实进行分析、归纳、比较和推理而得出的科学推论。在成熟的概念形成之前，科学家依据既有事实提出一种或多种假说，并对未出现的事实进行推导与预测。不断被证实的假说会逐渐衍化为成熟的概念，反之则不然。

图1 事实、假说与概念的关系图

例如，以生物膜“流动镶嵌模型”一节为例，人教版教材中提供了如下事实： ①19世纪末，欧文顿通过植物细胞的通透性实验，提出“膜是由脂质组成”；②20世纪初，通过对哺乳动物成熟红细胞膜成分的分析得知“膜的主要成分是脂质和蛋白质”；③荷兰科学家将人红细胞中的脂质提取后平铺于水面，通过比较单分子层与细胞的表面积，得出“细胞膜中的脂质分子的排列必然为连续的双层”；④细胞膜结构的电镜照片显示出“暗—亮—暗”的三层结构。

在上述事实的基础上，罗伯特森提出著名的“蛋白质—脂质—蛋白质”模型，并在该假说中对细胞膜的主要成分及其大致分布情况进行了正确的描述。然而，随着科学技术的发展，新事实的出现不断对上述假说提出质疑。20世纪60年代，冷冻蚀刻电镜的观察结果推翻了“蛋白质对称分布”的假说内容。不久之后，细胞膜的流动性首次由人鼠细胞融合实验所证实，也彻底为罗伯特森所提出的“细胞膜是静态的统一结构”划上终止符。新的事实促使桑格与尼克森于1972年提出新的假说——“流动镶嵌模型”。此后，该模型被大量事实所证实，逐渐衍化为成熟概念并被广泛接受和应用。

为了更好地让学生参与“从事实到概念”的推导过程，并从中体会科学假说在两者之间所起的桥梁作用。可设置如下问题： ①体会“蛋白质—脂质—蛋白质”假说内容的科学性，并举例说明它的事实依据；②描述“细胞膜是静态的统一结构”的错误之处并举例说明；③学习完细胞膜结构的探索历程之后，讨论并评价罗伯特森的假说在该过程中的过渡作用。

上述推导环节有助于学生更加系统地学习“流动镶嵌模型”概念和相关事实，后续的提问和探讨环节能让他们体会到概念的产生是曲折、反复和耐人寻味的，丰富其学科情感。

综上所述，在整个高中学段内： 一方面应提倡概念教学，完成知识体系的构建；另一方面，要为学生提供具有代表性的事实作为支撑，避免对概念产生空洞的理解。教师应帮助学生厘清生物学事实与概念的关系，培养学科思维，进而为其生物学观念的形成奠定基础。