生物学高阶概念的5C学习环

刘梦琦 安云彦 李秋石

(河北师范大学生命科学学院 石家庄 050024)

根据学生对不同的生物学概念的认知层面不同，通常将生物学概念划分为解释性概念、过程性概念、规律性概念这三大类[1]。其中，生物学规律性概念是用于表征生物与环境的本质规律和本质内容的生物学概念，较难表述、理解和把握，是处于金字塔顶端的概念，故而称之为生物学高阶概念。

针对如何达成生物学高阶概念的有效学习，基于理论与实践的研究，尝试通过情境浸入(contextualize)、概念冲突(clash)、概念转变(change)、规律生成(confirm)、科学实践(conduct)的5C学习环来实现。下面以“细胞是最基本的生命系统”这一高阶概念的达成为例进行阐述。“细胞是最基本的生命系统”这一高阶概念包括“细胞膜是细胞生命系统的边界”“细胞器在细胞生命系统中分工合作”“细胞核是细胞生命系统的控制中心”等重要概念。

1 情境浸入

教师构建情境提供辅助，学生浸入情境初识概念。生物学高阶概念的学习过程是在原有概念解决不了新问题这一基础之上进行的，其构建需要学生在生活和知识的已知、未知中找到大量的信息碎片并将其整合[2]。因此，一方面教师需要在明确了学生的已知、未知以及这两者之间的差距后，根据最近发展区理论，为学生构建若干个概念情境；另一方面学生在教师的引导下浸入情境，找到情境中隐含的信息碎片，将其整合、重组，构建起新概念的雏形。

例如，教师借助国界线、蛋黄膜与细胞膜的类比关系揭示系统边界的存在；学生借助真正的蛋黄(轻按蛋黄并不会造成蛋黄膜破裂，而用牙签将蛋黄膜挑破则会使蛋液流出)近距离感知“膜”的存在和功能；最后回归于“单个细胞也是具有边界的”，教师呈现上届学生制作的教具“生物膜的流动镶嵌模型”，学生可观察放大后的微观结构。

该情境所含内容相对于多媒体展示的视频、图片等更加直观、立体、近距离，学生可以观察、触摸实验材料，也可以拆解模型，有利于学生对即将学习的内容产生兴趣和探索欲望，主动浸入科学情境。因此，情境浸入是深度理解高阶概念的基础。

2 概念冲突

学生浸入在情境之中，进一步地学习会产生已知和未知的概念冲突，这是学生主动探索未知的前提。在高阶概念的学习中引发认知冲突有以下几个要点： 首先，学生要能够在情境中发现新的问题；其次，学生能够主动意识到原有概念解释不了新的问题，产生寻求新的解决方法的意向；最后，教师在适当的时机呈现新概念。这样学生才能够对高阶概念的本质产生认知的碰撞、冲突与思考[2]。

例如，在学习“细胞是最基本的生命系统”这一高阶概念中的“细胞核是细胞生命系统的控制中心”时，学生刚建立“细胞是一个完整的、相对独立的生命个体”这一概念，一般情况下认为“细胞只有结构完整才能存活”。此时，教师呈现美西螈核移植实验、伞藻核移植实验、蝾螈受精卵横溢实验、变形虫细胞核切分实验等资料，并提出以下四个问题： ①谁控制着美西螈的肤色？②谁改变了伞藻“帽”的性状？③为什么无核的蝾螈受精卵不能分裂？④为什么无核的变形虫无法摄食和应激？(①②为遗传方面的概念冲突，③④为代谢方面的概念冲突。)

这些现象与学生的原有认知相悖，学生因此产生概念冲突，激发探究欲望。可见，概念冲突是主动探究高阶概念的起点。

3 概念转变

教师从旁协助，学生对于问题渐渐明朗，借助概念冲突，实现概念转变。一般情况下，高阶概念的转变需要通过更为复杂的科学探究或论证。学生实现由前科学概念到高阶概念的达成是一个学习进阶的过程，经历若干个阶梯式的概念转变，层层递进才能实现最终的高阶概念转变。高阶概念转变有以下几个要点： 首先，概念转变需要学生的概念不满作为基础；其次，概念转变的策略应该指向学生能够主动探求解决新问题；另外，学生所探求的解决新问题的途径应该指向高阶概念的形成，或者至少应比原有概念更有效。

例如，在学习“细胞是最基本的生命系统”这一高阶概念中的“细胞器在细胞生命系统中分工合作”时，学生存在概念疑惑，无法确定细胞器之间分工合作及其方式。要消除这种疑惑，一方面通过同位素标记法，从现象表征的角度获得细胞器之间分工合作的证据，另一方面结合教师给出的细胞内一段时间细胞膜、细胞器膜面积变化数据，构建数学模型，从理性分析的角度更加细微、深入地理解细胞器之间的分工与合作，以及膜的相互融合与转化，最终学生完成“细胞器在细胞生命系统中分工合作”这一概念转变。

学生更能够进一步认识到细胞膜、细胞器膜同成分、同性质，同时完成从细胞膜、细胞器膜相互独立到细胞膜、细胞器膜共同构成完整的生物膜系统的概念转变。所以，概念转变是进阶达成高阶概念的核心。

4 规律生成

学生脱情出境，得出结论并生成规律，促进科学思维的达成。学生高阶概念学习的一个重要评判指标就是是否实现了一般科学规律的生成。规律生成一般可以用到演绎推理、归纳推理等方法，其中在高中生物学高阶概念的学习中，假说—演绎法(属于演绎推理)和类比推理(属于归纳推理)是重要的规律生成方法[3]。

例如，学生已习得了“细胞膜是生命系统的边界”“细胞器在细胞生命系统中分工合作”和“细胞核是细胞生命系统的控制中心”等重要概念。以细胞核、细胞器、细胞膜的结构与功能相适应的认知作为规律生成的基础，从吞噬细胞的胞吞和胞吐的实例中提炼关于细胞核、细胞器、细胞膜相互合作构成细胞统一体的个性化结论，再结合多种细胞能独立完成细胞内生命活动的实例类比推理，归纳得到“细胞是最基本的生命系统”这一高阶概念。

这一过程就形成了高阶概念，学生进一步深化了对细胞学说的理解。故而，规律生成是深度理解高阶概念的标志。

5 科学实践

教师更新情境、重塑问题，学生随机通达、在科学实践中实现高阶概念的迁移。生物学高阶概念的规律一旦生成，就需要在特定的生物学情境中解决复杂的生物学问题，将理论回归于实践，更好地把握生物学高阶概念。科学实践的过程需要教师提供拓展的情境，通过以问题为中心的活动，进行横向迁移或纵向迁移，最后达到高阶概念的内化与外显[4]。

例如，学生达成“细胞是最基本的生命系统”这一高阶概念后，教师以癌细胞为例呈现相关资料，学生发现并概括癌细胞的细胞膜作为其生命系统的边界有何功能、癌细胞的细胞器在其生命系统中如何分工合作、癌细胞的细胞核作为指导中心如何指导其生命系统活动的进行，从而促进概念的迁移。进而阐述癌细胞作为最基本的生命系统，其具体的生命活动(生产活动和信息交流活动)和生命历程(产生、成长、衰老和死亡)，并建构以时间为主线的概念模型。因此，科学实践是迁移运用高阶概念的旨归。

生物学高阶概念的学习是一个不断发现问题、不断解决问题、不断进阶的过程[5]。学生在更新变化的情境下发现新的事实与证据、产生新的问题与思考，进而进行新的问题构建、新的问题解决、高阶概念的达成。这样的循环往复最终构成了动态的生物学高阶概念学习过程。

由于高阶概念的动态生成性，学生每一个环节的学习结果都会影响到下一个环节的结果生成，5C学习环的构建是一个连续的整体。即情境浸入是深度理解高阶概念的基础，概念冲突是主动探究高阶概念的起点，概念转变是进阶达成高阶概念的核心，规律生成是深度理解高阶概念的标志，科学实践是迁移运用高阶概念的旨归。