基于培育生物学核心素养的大概念教学策略——以“物质和能量转换”为例

禤志冰，王开华，李永民*，郑涛,李东伟

（1.阜阳师范大学生物与食品工程学院，安徽阜阳 236037；2.安徽省阜阳市第二中学，安徽阜阳 236021；3.山东省淄博第一中学，山东淄博 255199）

《普通高中生物学课程标准（2017年版2020修订）》（以下简称为《课标（2017版）》）[1]的基本理念以核心素养为宗旨，教学内容聚焦大概念。具体来说，一方面，《课标（2017版）》倡导培育学生核心素养，强调发展学生的能力以适应社会发展和个人生活的需要，充分体现了本课程的学科特点和育人价值，这是高中生物学课程设计的基本宗旨和课程实施的基本要求。另一方面，《课标（2017版）》还提出内容聚焦大概念，强调高中生物学课程的设计和实施追求“少而精”原则、重点明确、符合学生的认知特点。基于生物学大概念开展教学，有助于增强学生对大概念学习的逻辑性和主动性，建构完整的课程知识体系，最终生成生物学核心素养。

我们通过实地调查阜阳市多所高中，从一线生物学教师在课堂中利用“大概念”这个工具来教学的实际现状来看，发现在实际推行过程中缺乏具体有效的教学策略，从而导致大概念教学工作无从下手。因此，本文将在梳理教材的基础上，从教师和学生两方面，从大概念的三个层次出发设计有效的教学策略。

一、生物学学科“大概念”和“大概念教学”的科学内涵

生物学概念具有系统性，从知识结构体系的角度来看，可以将概念分为次级概念、重要概念和大概念[2]。大概念是组成学科核心素养的抽象知识，跨越了时间的界限，不受课时约束，甚至跨越了单元和学科的界限，从新的高度来进行教学设计，是开展大概念教学的主要形式[3]。

在大量的表观事实的基础上，逐步统筹出次级概念，最终形成重要概念和大概念。在这个过程中建构零散的事实性知识之间的有意义联系，整理知识体系，培养生命观念，生命观念的形成最终指向培养学生的社会责任和义务。统筹事实性知识的过程中，通过各种实践训练和逻辑训练，学生逐步养成科学思维能力和生成科学探究能力。在利用“大概念”这个工具提炼问题、分析问题、解决问题的过程中，学生逐步形成生命观念、发展社会责任，运用科学思维思考，掌握科学探究的要领，最终成长为心智健全、能适应社会发展的社会人。

大概念教学是生物学教学中的基础内容，而以大概念为框架，聚焦课程内容也是落实课程标准的关键环节。由于每个生物教师的阅历、知识容量等不尽相同，会对大概念教学产生不一样的理解，不同的理解又会对课堂教学的要求方式和结果产生影响。因此梳理具有操作性的基于培育生物学核心素养的大概念教学策略，对于一线生物教师推广大概念教学和落实高中生物学新课程标准都有着重要的借鉴意义。

二、基于“聚焦次级概念和重要概念”的教学策略

（一）教师活动

1.概念的引入：创设问题情境，挖掘学生的前概念

图1 基于“聚焦次级概念和重要概念”的教学流程设计图示

一般来说，学生在日常生活和学习中形成的前概念具有隐秘性，一般难以发现，这就要求教师在上课的时候通过创设问题情景，了解学生的前概念。当然，教师也应当充分备课，不仅要“备课程内容”，还要通过课堂观察、学生访谈等形式，确定学生可能具备的前科学概念及其形成原因，并进一步思考如何让学生摒弃前概念，为促进学生的概念转变做好准备。

例如，在进行模块1“分子与细胞”中有关光合作用的新授课时，由于学生受到日常生活的影响、对词语的错误解读、思维定式等原因，学生在光合作用相关定义、具体过程等问题上存在着丰富的前概念。因此，在上课伊始，教师调查学生的前概念，如提问查明学生对光合作用和呼吸作用的了解程度，测试学生对初中相关知识的掌握情况，并据此采取针对性的转化措施。

2.概念的形成：结合新旧知识，引发认知冲突

在生物学课堂教学中，如果能锚定学生已有的前概念，提出一些出乎意料、吸引学生兴趣的问题，往往可以激发学生的认知冲突，营造良好的课堂氛围。

例如，在进行模块1“分子与细胞”中有关“降低化学反应活化能的酶”的新授课时，学生对酶本质的前概念存在认知偏差，认为“酶是一种有机物，且所有酶都是蛋白质”。在开展教学时，如何突破学生的知识误区呢？教师首先展示发酵的葡萄酒图片，提问：我们都知道，葡萄汁中的酵母菌生长繁殖，逐步将葡萄汁中的糖分转化为酒精。在巴斯德之前，人们只是观察到了表观现象，也就是葡萄汁通过发酵变成了葡萄酒，普遍认为发酵是一种什么反应？（学生阅读课本，可知当时的人们普遍认为发酵是一个纯化学的过程）可是这种说法是不是完美无缺呢？进一步引发学生思考，引导学生阅读课本，总结实验过程，教师继续提问：这时候毕希纳已经开始猜测酶是蛋白质了，但是应该如何证实呢？学生总结萨姆纳和若干科学家的实验，发现脲酶、胃蛋白酶、胰蛋白质酶等都是蛋白酶，据此错误推导酶都是蛋白质。这时学生已经初步确立了真理的发现需要科学家锲而不舍地努力，也需要我们有质疑的勇气，一步步继承发展前人结论的情感态度。教师适时播放科学家发现少数RNA也具有生物催化的功能的相关视频，让学生建立对酶本质的正确认识。最后，通过对酶本质的探索，学生自主建构出科学概念。

3.概念的巩固：设置具体情境，运用新概念解决新问题

学生的前科学概念根深蒂固，导致学生新建构起来的科学概念不够牢固，因此需要教师设置具体问题情境，引导学生运用新概念解决新的问题，达到举一反三的效果，从而巩固新概念。一方面，教师可以针对科学概念的相关内涵和外延来提问，创设条件让学生检查自己对概念的理解是否有偏差。另一方面，教师也可以创设具体的真实情景，组织学生参加课题研究等，运用新建构的大概念来解决遇到的问题，体验大概念的科学性和实践性，从而加深认识，拓展认知结构。

例如，学生在自主建构出科学概念后，教师及时联系之前的知识提问，巩固学生理解，引导思路如图2所示。

图2 引导思路图

图3 基于“聚焦大概念”的教学设计流程图示

另一方面，教师可以开展班级小品等活动，引导学生扮演熟知的科学家，用小品或者游戏等形式重现酶本质探索中的科学发展过程，让学生在小品等活动中切实体会到科学家的质疑精神和勇于打破桎梏的创新精神，对酶本质有更深层次的认识。在活动过程中，教师可以给学生设置一些问题和提供一些参考资料让学生去思考，如提问：科学家如何打破根深蒂固的观念，继而发现少数RNA也具有生物催化的功能？另外，也可以直接提问有关酶本质的相关问题，让学生通过小组竞猜的方式增进理解。

4.概念的深化：创造恰当条件，比较新旧概念理解差异

提供条件引导学生追踪到想法的改变历程，通过反思将前科学概念转变为科学概念的学习过程，尝试运用批判性的思维来找出不恰当的地方；另外，通过对比、归纳、分析等方式比较新旧概念，体会共性和差异性，深入概念的本质，从而达到真正的理解和消化。

例如，教师在讲完光合作用的过程后，及时归纳和巩固。绘制表格对比光合作用的两个过程与呼吸作用的三个过程的区别，找出共同点和区别，进一步回忆建构大概念的学习历程，从而真正达到对概念的消化和吸收。

（二）学生活动

1.概念的引入：认识基础事实，初步形成感性认识

学生在生活中参与实践活动，直观看到、触摸各种事物，对其形成初步的感性认识，可以对头脑中原有知识进行简单推理，但是仍没有形成系统逻辑的理性认识。因此，在概念引入时，教师要充分利用学生的表层认识，从而拉近生物学知识与学生生活经验的联系，增强知识的实用性。

例如，在学习“光合作用与能量转化”之前，学生有过种植绿色植物的生活经验，知道绿色植物可以净化空气。在学习无氧呼吸时，学生有过养花的生活经验，发现花盆里的土壤结块后，空气不足，会影响根系的生长，需要及时松土透气；也有的同学发现出现小创伤时，需要选用透气的创可贴，避免伤口发炎。这些生活经验可以帮助学生形成丰富的表层认识，为发展理性认识做好准备。

2.概念的形成：产生认知冲突，将感性认识上升到理性认识

学生对于教师抛出的疑问会有强烈的求知欲，当固有的知识无法解答疑惑时，学生便有继续探寻真理的欲望。学生可以从构成概念的事实材料的学习中获得观察力，从概念的感性认识上升到理性认识的过程中获得灵活应用知识的能力。

3.概念的巩固：置身于具体情境，运用新概念解决新问题

学生的个体发展包含学生逐渐融入社会，成为社会人的过程。在学校生活中，学生要发展各种能力，为今后步入社会，成为健全的社会人做好充分的准备。因此，在教学中，教师可以尝试设置某些具体的情景，培养学生适应社会发展的关键能力和素养，引导学生尝试使用“大概念”这个工具来解决新的问题。

4.概念的深化：运用元认知策略，监控概念的认知过程

元认知策略被称为“思考的思考”，是对认知进行的认知[4]。学生可以巧妙运用元认知策略，监控概念的认知过程，指导学生运用科学思维能力和理性批判能力，及时调整对于概念的理解偏差。

三、基于“聚焦大概念”的教学策略

（一）教师活动

1.列举概念，明确概念的具体定义

概念并不是一成不变的，我们应该遵循马克思主义的认识规律，意识到概念是具有发展性的，随着我们的认知能力的提升、掌握的事实材料逐渐丰富和理论知识的不断发展而呈现出螺旋发展的态势。概念的发展性反映了人类认知客观事物的一般规律，因此，教师在大概念教学中，既要从大处着眼——找到概念的本质，挖掘出概念间的区别和联系，统筹“大概念”；也要从小处入手——遵循概念的发展性规律，明确每个具体概念在当今时代的具体定义。因此，在每一节新授课中，教师都应该确保学生能明确概念的具体定义。

首先，教师应当明确定义的来源。定义来源于已经掌握的事实材料，而不是主观凭空产生。在事实材料的基础上，经过比较、概括等方式，继而对可以察觉到的客观事实达到一个无限接近本质和真理的认识。

其次，教师应当明确定义的内涵和外延。教师应当注意收集学生对概念的内涵和外延的认识偏差，这往往是学生做题的失分点，理应重视，及时采取有效的策略协助学生突破失分点。明确概念的内涵和外延，有助于学生理解概念与概念之间的联系，为后续建立概念体系做好知识准备。

2.整理概念，重视概念的复习强化

明确概念的具体定义之后，还要对概念进行指导和整理。实践教学经验说明：利用复习课来协助学生梳理知识体系，构建大概念体系遵循了学习者的认知规律。因此，在构建“大概念”体系方面，教师理应重视复习课。

开展复习课教学时，教师应注意以下几个方面：

第一，复习课应具时效性。学生新建构起来的概念是不牢固的，在学生学习完一个章节或者一个单元后教师要及时强化已经构建好的科学概念，而不仅仅在期末时开展复习。

第二，复习课应具有针对性。开展复习课时，应该选取合适的复习课主题，聚焦好概念的层次，尤其要对本节课涉及的概念进行分类。指导学生明确概念的层次后有助于学生绘制概念的脉络图，找准科学大概念，最终为学生构建科学大概念和达成核心素养目标服务。主题的选取需要考虑的因素有：主题的适用范围是否广泛？主题是否值得花费时间，是否具有实质性的内容？主题所包含的内容是否为学生建构学科大概念服务？要确定这些要素，教师就不得不参考主题和课程标准的关系和主题的课程意义。在《课标（2017版）》中明规定了生物学大概念层次和层级的相关内容，在聚焦大概念方面，新编制的人教版生物学教学的栏目有所增减，章节标题有所修改。选取课程主题时应依据课标要求，参考新教材，确保确定的课程主题更具有科学性和可行性。

3.启发诱导，整合大概念体系

（1）大概念的横向建构——概念图策略。

在教学研究领域，概念并不仅仅是传统意义上的简单的文字描述，还包含了能否反映各方面属性的一个关系总和。因此，概念和概念的关系则是大概念的横向建构的关键之处。概念图（Concept map）运用了可视化方法，是一种展示概念之间有意义联系的可视化工具[5]。传统的概念图常常用于表示每一节或者每一章的概念关系，但是章节之间缺乏有意义的联系。在大概念教学中，教师需要打破单元之间坚固的壁垒，融合各章节知识，统筹完整的内容体系，进而内化为大概念。

（2）大概念的纵向建构——分级建构策略。

学生从认识基础事实，形成感性认识，逐步发展为理性认识的认知过程是逐步进行的，不能一蹴而就。分级建构指学生随着基础事实的增加、思维的深化、感性认识的积累，对某一个概念逐步加深的过程，分级构建策略符合学生的认知发展规律[6]。大概念的横向建构更强调知识与知识之间的有意义联系，而大概念的纵向建构则更倾向于同一概念的深化。

（二）学生活动

1.回顾概念，重新理解概念

学生的学习是发展的，在每一个学习阶段，学生都应当时刻回顾已经建构好的概念，尝试赋予其新的理解。在教学中，教师也应提醒学生学会用自己的话来复述概念，尝试独立组织语言来阐释概念的具体定义，也可以尝试着做小老师，给同伴讲解概念。在这个过程中，学生可以体验到自己对旧概念的新理解，补充对概念的认识，也可以及时诊断对概念的错误判断，及时纠错，避免建立错误联系。

2.明确概念的从属，构想框架

对于大概念的横向建构，学生可以尝试着自己总结和提炼出不同章节的概念间的共同属性，以共同属性为出发点建立不同章节间的联系。这个出发点可以是一个小小的词语，例如“ATP”；也可以是一个完整的命题，例如“在有关酶的催化下，远离腺苷的高能磷酸键易水解，并释放出大量的能量”，也可以是一种观点和态度。对于大概念的纵向建构，学生可以尝试着找到后续章节对于前面概念的补充，随时做好标志，也可以在学习时及时记录下对于概念的新感悟，概念在生活中的新应用，以求深化概念的认识。

3.思维风暴，拓展概念的应用

聚焦大概念的最终指向培育学生的核心素养，而核心素养浓缩在生命观念、科学思维、科学能力和社会责任四个维度上。因此，学生学习的最终目标并不仅仅是掌握理论知识，而是在建构知识体系的过程中掌握适应21世纪社会发展的关键能力，换言之便是学生在成长为社会人的过程中必须具备解决问题的能力。这就要求学生在学习的过程中为融入社会做好准备，能运用“大概念”这个工具，学会将所学的知识迁移到生活中的其他方面，继而具备解决实际问题的能力。

总之，大概念教学是教师促进学生在深入理解知识的基础上整合知识碎片，从而采取适宜的教学方法多维度帮助学生建立对于客观事物本质属性的认识过程。课堂围绕“大概念”开展有助于进一步完善学生的知识体系，提高科学探究能力，培养科学逻辑思维，培养社会责任，最终指向学生生命观念的培养。