例談APOS理論視角下的生物學核心概念的建構

陶忠華

(浙江省富陽中學 杭州 311400)

生物學概念是生物科學理論的核心內容，是理解生物學知識、掌握生物學技能、發展生物學思維的基石，是提高生物科學核心素養的載體。在“有絲分裂”的概念教學中，教師通常讓學生搭建模型(如用“扭扭棒”演示染色體變化)或觀看視頻展示有絲分裂過程。前者沒有根據學生已有的知識經驗，模擬的是脫離真實的虛假情境，最終是學生按教材中的細胞分裂圖“積極主動”地模擬；而后者則是讓學生通過觀看記住有絲分裂的過程。兩者看上去形式不同，但都缺少了思維活動——忽視概念從現象中抽象概括的過程。這會導致學生缺乏對概念本質的認知，缺乏在概念形成過程中對其中蘊含的科學思想方法的體悟，造成學生對概念的機械記憶。究其原因，主要是因為教師對學生如何建構概念的心理機制不清楚。

1 APOS理論視角下的核心概念——“有絲分裂”的建構層次分析

APOS理論由杜賓斯基提出。他認為：學生在概念學習過程中，只有結合自身的已有知識經驗進行主動的有意義建構，才能理解所學概念，并將其納入已有的認知圖式。而概念建構的心理過程一般要經歷四個階段或層次，分別為活動(action)階段、過程(process)階段、對象(object)階段和圖式(scheme)階段，取四個階段的英文單詞首字母，記為APOS理論。

1.1 活動(action)階段——概念的初步建構 生物學概念是基于實踐實驗抽象而成的結果。因此，生物學概念教學應該是學生有意義活動的教學。學生借助于蘊含著生物學概念本質屬性的具體活動或操作規則來認識概念，并通過假設推理進一步理解概念。例如，在“有絲分裂”的教學中，教師給學生設計活動：“觀察細胞的有絲分裂”，學生觀察洋蔥根尖細胞有絲分裂永久裝片或馬蛔蟲受精卵有絲分裂永久裝片，發現生物體中存在著與其他體細胞不同的一些細胞。教師要求學生畫出各種不同的細胞形態與結構，并描述這些細胞的特點，使學生對“有絲分裂”的概念有初步的認識。

1.2 過程(process)階段——概念的提煉與形成 學生通過觀察、分析、比較和抽象，歸納出活動階段中概念所具有的本質屬性(即概念內涵)，同時調整原有的認知結構，將新的概念納入已有的認知結構，以綜合形成概念。例如，對于這一階段的“有絲分裂”的概念教學，教師可以讓學生分析所觀察到的細胞圖并畫出其圖像，嘗試按有絲分裂的順序排列各個細胞，并說明這樣排列的理由，這種自我解釋的策略有助于學生對“有絲分裂”概念的內化。

1.3 對象(object)階段——概念的符號性表征 杜賓斯基認為：這一階段經歷了三方面的內部心理機制。一是過程的內化，即過程的操作逐漸脫離具體的實際問題情境；二是過程的壓縮，將過程的操作簡約化、抽象化；三是對象的實體化，使概念達到結構化、整體化，完全擺脫過程的束縛和限制，由需要通過前后順序操作而在實質意義上顯得空泛的一組過程脫胎成易于把握本質的實體對象。這一階段，學生能對有絲分裂過程抽提、簡約，突出有絲分裂的本質特征，對其進行符號性表征(圖1)。這時，有絲分裂概念已經轉化為一個實體對象，可應用于解釋相關的一些生命現象。

1.4 圖式(scheme)階段——概念網絡體系的建構 作為對象的概念，能夠與學生頭腦中的已有認知構建聯系，形成更為復雜的概念網絡體系。此時，概念作為

圖1 “有絲分裂”的符號性表征

一個對象，以節點的形式存在于學生的認知體系中。對“有絲分裂”的概念教學，這一階段教師可引導學生思考如下問題：①有絲分裂在多細胞生物的個體發育中起什么作用？②與有絲分裂有關的細胞器有哪些？這些細胞器在有絲分裂過程中起什么作用？③科學家在研究細胞周期時用什么科學方法？這也可以用于研究哪些生命現象？它們有什么共同之處？④如何分析有絲分裂過程中的染色體含量、DNA含量的變化？這一分析思路與方法也同樣適合于分析哪些生命現象？等等。

2 APOS理論視角下的“有絲分裂”概念教學目標的確立

根據杜賓斯基對概念理解的四個階段(層次)的說明，在概念教學時可以設計相應的學習目標(表1)，此表能使教師明確學生在概念理解過程中的起點與指向，也能使學生明確自己的概念理解程度，有利于使概念教學更具實效。

表1 對“有絲分裂”概念理解的層次表

3 APOS理論對生物學核心概念建構的教學啟示

3.1 充分結合學生已有的認知結構和認知規律 操作階段是學生建構概念的起點，在引入概念的情境設計中，必須充分考慮學生的認知結構、認知特點和規律，創設的概念情境盡可能真實，貼近學生的生活實際，為學生的概念建構提供固著點。例如，對“有絲分裂”概念的情境創設，可以從觀察有絲分裂的永久裝片開始進行概念建構，遵循科學發現的過程，讓學生親歷概念的形成。

3.2 注重對情境材料的歸納和提煉 情境材料制約著學生對概念的理解和同化。情境材料越豐富和完善，越有利于學生對概念的提煉與歸納，有助于學生通過現象來探究概念的本質特征。在概念的提煉與歸納過程中，要引導學生通過自我解釋來論證自己的假設與解釋，使學生由感性認識上升至理性認識。例如，在有絲分裂的教學過程中，讓學生分別觀察洋蔥根尖細胞的有絲分裂和馬蛔蟲受精卵的永久裝片，而不是臨時裝片是因為永久裝片中有絲分裂過程的各個細胞都能找到。學生通過對兩個裝片的分析比較，能發現雖然動、植物細胞的形態結構不同，但其中的本質特征——染色體的行為是相同的。在進行有絲分裂過程的細胞圖的順序排列時，引導學生從結構與功能相統一的角度，推理下一階段將發生的染色體行為。最后，可以通過有絲分裂過程的視頻，來驗證自己的排列順序是否正確，同時反思自己的推理解釋過程。

3.3 重視學生概念體系的建構和認知圖式的發展

教師在教學過程中，要努力引導學生多層面、多角度地聯系相關的生物學知識來整合所學概念并將其內化，納入學生已有的認知圖式，促進概念體系的建構、重組與發展。在建立以有絲分裂概念為核心的概念體系時，教師可以引導學生從知識點的角度來建立概念體系，如與有絲分裂相關的細胞器(線粒體、高爾基體、中心體、核糖體、高爾基體、細胞核等)、與有絲分裂相關的生命過程(蛋白質合成、DNA復制、生物膜的流動性等)，也可以引導學生從科學研究方法的角度，如研究有絲分裂過程時采用的同位素示蹤法，在研究分泌蛋白的合成與分泌、動物激素的合成與分泌、噬菌體侵染細胞的實驗、DNA的半保留復制等生命過程中同樣使用，從而能歸納出同位素示蹤法的應用情境；甚至可以歸納分析DNA含量、染色體含量變化的方法——黑箱法(或來源去路法)來聯系其他的生物學過程。另外，教師也可以引導學生從生物學觀念的層面來建構有絲分裂的概念體系，如前面所述的結構與功能相統一的角度來說明各種細胞器如何協調配合來完成有絲分裂的過程等。對于學生概念體系或認知圖式的外顯形式也可以多樣化，如概念圖、思維導圖、表格等。