生物學概念的形成與發展對教學的啟示

摘 要 生物學概念有一個形成和發展的過程，在這個過程當中反映人們對生命科學認識的深化。教師可以在教學當中利用概念轉變理論進行教學，在教學中滲透概念形成和發展的科學史，使學生理解科學的本質。

關鍵詞 生物學概念 概念轉變 科學史 生物學教學

中圖分類號 G633.91 文獻標識碼 B

生物學概念是人們對生命科學認識的反映。生物學概念的形成和發展反映著人們對生命科學認識的深化。生物學的進步實際上在很大程度上是概念的發展。雖然新事實的發現也是科學進步的重要象征，但是在生物學中，概念的改進要比新事實的發現更能有效地促進我們對生命現象的理解。概念和表象不同，概念反映的是一種理性認識。人們正是依賴概念的這種性質而展開思維和行動。教學就是要教會學生概念化思考。學生學習知識，在一定意義上來說，主要是掌握概念和由概念組成的系統。例如，遺傳學上要弄清自由組合規律，就必須先弄清一系列概念，如基因、等位基因、基因型、性狀、相對性狀、表現型。這樣才能促進和支持學生理解和掌握分離規律。理解生物學概念的形成與發展，對于有效地進行中學生物學教學有重要的啟示。

1 生物學概念的形成

人類認識事物要借助于概念。概念的形成是認識的一次飛躍。概念化是科學的前提，科學中的任何陳述都離不開概念。概念反映實在，可是又不等同于具體實在，概念抽象地反映一般。就人類認識史而言，概念仍然是從直接經驗中，經過概括、抽象而形成的。如“細胞”這個概念已經把許多不同種類、不同形狀、不同大小等特征舍棄了，抽象出“細胞”的概念。因此，在人們的思維中，對“細胞”的概念就是形成了一種概括。

在概念形成過程中，通常人們對概念的內涵的把握存在重大差別。對于初中學生來說，細胞這個概念，無非是了解它是由細胞膜、細胞質和細胞核組成的。對于高中學生來說，還能夠對細胞膜的結構與成分、細胞質中的細胞器、細胞核中的染色體等作更加深入的理解。而生物學家，對于“細胞”概念的理解則更為全面和復雜。

2 生物學概念的發展

科學概念的發展通常經過兩個階段。在第一階段由生動的直觀上升為抽象概念。如蛋白質概念最初的規定只是4種元素具有特定的比例關系。細胞概念最初也只限于細胞膜、細胞質與細胞核。在第二階段由抽象概念上升為具體概念階段。就“花”的概念而言，對各個具體的花，諸如荷花、牡丹花、菊花、桂花的認識，顯然是為更為一般的分析提供了必要的基礎。然而，又只有由一般上升到了特殊，即揭示出了“花”的內涵，并以此為指導去進行新的認識，我們才能更為深刻地認識各個具體的花。

抽象概念是不發達的、萌芽狀態的概念。隨著科學實驗的進展、觀察材料的積累、認識的深入，抽象概念逐漸發展為越來越具體的概念?，F在，對于細胞和蛋白質的認識就比較詳盡。因此，抽象概念表現為概念的開端，是概念發展的起點，而不是終點。

高中生物學新教材有關“酶的發現”的教學內容，就是以科學史的形式呈現酶的概念。1857年，法國微生物學家巴斯德認為，釀酒中的發酵是由于酵母細胞的存在。德國化學家李比希卻認為引起發酵的是酵母細胞的某些物質，后來他把酵母細胞只引起發酵的物質稱為釀酶。1926年，美國科學家薩姆納從刀豆種子中提取出稱為脲酶的物質，后來他用多種方法證明脲酶是蛋白質。此后，科學家們指出酶是一類具有生物催化作用的蛋白質。進入20世紀80年代以后，美國科學家切赫和奧特曼發現少數RNA也具有生物催化作用。從酶的發現史，學生們可以理解“酶”概念形成的思維過程，了解科學家對酶本質的認識也是不斷深入和不斷修正的，也有助于學生理解“酶是活細胞產生的一類具有生物催化作用的有機物。”

對于“光合作用的發現”，教科書介紹了幾位科學家所做的工作。1771年，英國科學家普利斯特利發現植物的光合作用能更新空氣。1845年，德國科學家梅耶指出，植物在進行光合作用時，把光能轉換成化學能儲存起來。1864年，德國科學家薩克斯通過實驗證明，綠葉在光合作用中產生了淀粉。1880年，德國科學家恩格爾曼用實驗證明：氧是葉綠體釋放的；葉綠體是光合作用的場所。1939年，美國科學家魯賓和卡門利用同位素標記法又進一步證明：光合作用釋放的氧來自水而不是來自二氧化碳。從光合作用的發現史，學生了解到“光合作用”是科學家們經過200多年的艱苦探索才逐步了解的，也有助于學生深刻地理解“光合作用”的概念。

3 對生物學教學的啟示

“個體認識的發展在很大程度上即可被看成人類在整體上的認識發展過程的一個重演或縮影，特別是，學生在觀念轉變上的困難程度與反復性在很大程度上就與科學史上新舊觀念的長期斗爭十分相似”。生物教學必須幫助學生學習概念化思考，形成理性看世界的視角。這樣，了解生物學概念的形成與發展對于中學生物學教學有重要的啟示。

3.1 利用概念轉變理論進行教學

學生在日常生活實踐中，對周圍各種生物現象已經形成了自己的觀點，并在無形中形成了獨特的思維方式。這種在接受正規的科學教育之前所形成的概念一般稱之為前概念。對于前概念，自20世紀70年代以來，西方一些從事科學教學研究的學者經過大量的研究后發現，這些前概念中有些是對客觀世界的樸素概念，更多的則與科學概念相悖。在生物學教學中，同樣會產生各種各樣的前概念。例如，認為植物的莖一概位于地上部分，根都是位于地下部分，認為黃鱔與蛇都是爬行動物，鯨是魚類，把肉質可食的果皮叫做果實等。于是，就涉及到這樣的一個事實：學生的頭腦不應該被看成一個“空的容器”或“一塊白板”，恰恰相反，學生對于自然現象有自己的樸素認識。從這個意義上來說，在進行生物學教學時，教師應該有“概念轉變”意識。

一般來說，學生頭腦中的前概念尤其是錯誤的前概念會妨礙新知識的理解。就認識論方面來說，建構主義的教學觀認為，一個原來的概念要發生順應需要滿足4個條件：對現有概念的不滿；新概念的可理解性；新概念的合理性；新概念的有效性。認知心理學和科學哲學現代研究的一個重要結論就是：對于已有的概念的錯誤認識往往不足以造成相應的改變，因為，如果沒有適當的替代物，人們就仍然可能對于已得到的錯誤性或不足之處持容忍的態度。由此可以看出“概念轉變”在教學當中的重要性。

3.2 在教學中滲透概念形成和發展的科學史，使學生理解科學的本質

概念形成和發展的科學史，顯示科學是動態產生的過程。學生通過概念形成和發展的科學史學習，有利于培養學生敢于質疑的科學態度，逐步形成科學的世界觀。中學生物學教育應該具備兩個最基本的目標：學習有關生物學科學知識以及了解生物學科學的本質形成相應的科學觀念。謝金指出，“如果科學對你而言是神奇的，那么你就不可能具有科學素養?！备拍畹男纬杀旧砭褪且粋€歷史的、動態的、發展的過程?？茖W家們首先形成一個概念定義的假設，然后，根據他們所遇到的肯定和否定的例證對這個假設進行反復檢驗，只要有一個例子不支持既定的假設，就要對先前形成的概念進行修正。

就一個新的生物學概念的認識而言，僅僅停留于對有關定義的機械記憶上顯然是不夠的。由于概念并非現實世界中的真實存在，而只是抽象思維的產物，因此，對于任何一種生物學概念的認識，如果我們不能在思想中去“建構”，靠機械記憶是不可能獲得真正的生物學知識，更不可能理解科學的本質。滲透概念形成和發展的教學，再現了知識的發生過程，變結論式教學為過程式教學。這樣，在呈現概念形成和發展的科學史過程中，學生能夠沿著生物學家探索生物世界的道路，理解生物學概念和科學研究的方法，學習生物學家的科學精神，使學生構建自身的知識體系成為可能。這樣的教學既傳授了知識，培養了學生的科學思維懷疑、批判和創新能力，也有助于學生理解科學的本質。

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